CH641592A5

CH641592A5 - Stromunterbrecher mit lichtbogenloeschender kammer.

Info

Publication number: CH641592A5
Application number: CH308778A
Authority: CH
Inventors: Masami Kii
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-03-24
Filing date: 1978-03-21
Publication date: 1984-02-29
Also published as: FR2385210B1; CA1096915A; DE2812947A1; FR2385210A1; DE2812947C2; US4259556A

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromunterbrecher mit einer lichtbogenlöschenden Kammer, in der ein Paar von trennbaren Kontakten angeordnet ist, von denen mindestens einer beweglich ist und in der sich ein lichtbogenlöschendes Gas befindet.

Bekannte Stromunterbrecher haben ein Paar von trennbaren Kontakten, die in einer Lichtbogenlöschkammer und einer das Löschmedium enthaltenden Kammer angeordnet sind, wobei die Druckkammer durch die Energie des zwischen den Kontakten gebildeten elektrischen Lichtbogens unter hohen Druck gesetzt wird, die an das umgebende Löschgas verteilt und übertragen wird. Das in der Druckkammer befindliche, unter hohem Druck stehende Gas wird bei Verringerung der Drosselung aufgrund einer Verringerung des inneren Druckes des Lichtbogens oder seines Durchmessers verringert. Dieser innere Druck oder dieser Lichtbogendurchmesser verringert sich schnell bei Abfall der Stromstärke des Lichtbogens, und es erfolgt eine Löschung des Lichtbogens durch den sich fortsetzenden Strom des Gases unter hohem Druck.

Bei einem solchen Stromunterbrecher bereitet es ein Problem, den Druck des Löschgases für eine gewünschte Löschfunktion, wie z.B. der Lichtbogenzerstreuung oder Lichtbogenkühlung, aufrecht zu erhalten.

Da die Druckerhöhung des Löschgases durch Erhitzen mittels des erzeugten Lichtbogens erfolgt, ergibt sich eine hohe Gastemperatur, wenn sich der hohe Gasdruck einstellt,

so dass das Löschgas eine schlechtere Wirkung beim Löschen erhält.

Da der erzeugte Lichtbogen in seiner Bahn unstabil ist, sich innerhalb des Lichtbogenbereiches herumbewegt und seine Form ändert, wird das Löschgas in dem Lichtbogenbereich durch das heisse Hochdruckgas gerührt, das durch den sich bewegenden Lichtbogen erzeugt wurde, und das gerührte bzw. bewegte Löschgas strömt in die Druckkammer, in der das Druckgas für die Bogenlöschung gespeichert wird, so dass auch das Löschgas in der Druckkammer störend bewegt wird. Diese Verwirbelung des Gases führt zu einer Ausbreitung der Temperatur und einer Temperaturerhöhung des gesamten Löschgases innerhalb der Löschkammer, so dass die Löschwirkung einschliesslich der Kühlwirkung, Zerstreuwirkung und Isolierung verschlechtert wird. Die turbulente Strömung in der Druckkammer bleibt, bis der hohe Druck nachlässt, wobei der Strom des freigelassenen Gases zu einem Druckverlust und zu einer Verringerung der Lichtbogenlöschfähigkeit führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber den erwähnten Nachteilen bekannter Unterbrecher verbesserten Stromunterbrecher zu finden, der bei somit verbesserter Lichtbogenlöschwirkung eine einfache und preisgünstig herstellbare Konstruktion aufweist. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Stromunterbrecher gemäss der Definition des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen dieses Stromunterbrechers.

Das Leitorgan des erfindungsgemässen Stromunterbrechers reguliert den Strom des heissen und unter hohem Druck stehenden Gases in die Druckkammer hinein, um eine Störung oder Verwirbelung des Gases in der Druckkammer zu verhindern, so dass eine Temperaturausbreitung innerhalb der Druckkammer infolge turbulenter Strömung vermieden wird. Eine Mischung des heissen Hochdruckgases mit kaltem Gas in der Löschkammer wird somit verringert, um eine Temperaturerhöhung des gesamten Löschgases innerhalb der Druckkammer zu vermeiden.

Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Druckes des lichtbogenlöschenden Gases und die Temperaturausbreitungsgeschwindigkeit unterschiedlich sind, d.h. die Druckfortpflanzung ist schneller als die Temperaturausbreitung, ergibt sich eine schnelle Drucksteigerung d.es Gases in der Druckkammer, bevor das heisse Druckgas durch das Leitorgan in die Druckkammer strömt. Folglich kann der Gasdruck in der Druckkammer hergestellt werden, ohne dass sich das Gas wesentlich erhitzt. Das Leitorgan kann aus einem metallischen zylindrischen Körper bestehen. Die Druckkammer kann in mehrere kleine Kammern unterteilt sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des Stromunterbrechers,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel des Stromunterbrechers, und

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des Stromunterbrechers.

Der Stromunterbrecher des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1 und 2 hat ein Gehäuse 1, in dem sich ein Lichtbo-gen-Löschgas, wie z.B. SF6-Gas, befindet. In dem Gehäuse 1 befindet sich eine Lichtbogenlöschkammer 2, in der sich ein Lichtbogenlöschgas befindet und die eine Druckkammer 21 aufweist, die aus metallischem Material besteht, sowie einen Hauptkörper 22 der Löschkammer 2 aus einem elektrisch leitenden Material und eine Strömungsführung 23 aus einem isolierenden Material, das gegenüber dem Lichtbogen wider5

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standsfähig ist. Der Stromunterbrecher hat weiterhin einen in dem Hauptkörper 22 der Löschkammer angeordneten stationären Kontakt 3, einen beweglichen Kontakt 4 mit einer Düse 41, einen Gaskanal 42 und eine Öffnung 43, welcher bewegliche Kontakt 4 durch einen üblichen, nicht dargestellten Betätigungsmechanismus getragen ist, so dass der bewegliche Kontakt von dem stationären Kontakt 3 getrennt werden kann. In der Druckkammer 21 ist ein Leitorgan 5 angeordnet, das unter hohem Druck und hoher Temperatur stehendes Gas, das durch den zwischen den Kontakten 3 und 4 erzeugten elektrischen Lichtbogen erhitzt und unter Druck gesetzt wurde, zu dem oberen Teil der Druckkammer 21 leitet. Das Leitorgan 5 wird durch mehrere radial verlaufende Trennwände 6 an der Wand der Druckkammer 21 gehalten, so dass zwischen seiner unteren Kante und der Bodenöffnung der Druckkammer 21 eine Öffnung 24 gebildet ist. Die Trennwände 6 begrenzen mehrere kleine Kammern 211 zwischen der Druckkammer 21 und dem Leitorgan 5.

Wenn der Betätigungsmechanismus in Funktion tritt, so bewegt sich der Kontakt 4 in der Darstellung nach Fig. 1 nach unten, und nachdem eine vorgegebene Berührungsstrecke zwischen den Kontakten durchlaufen wurde, trennen sich diese voneinander, so dass sich zwischen ihnen ein elektrischer Lichtbogen ausbildet. Der erzeugte Lichtbogen bewirkt eine Erhitzung und Ausdehnung des sich in dem Lichtbogenbereich befindlichen Löschgases, so dass es eine hohe Temperatur und hohen Druck annimmt. Da die Öffnung 43 noch geschlossen ist, strömt das gebildete, unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende Gas zu dieser Zeit in dem Leitorgan 5 aufwärts in den oberen Teil der kleinen Kammern 211 der Druckkammer 21, wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist. Die Strömung ist infolge der Unstabilität und der Bewegung des Lichtbogens turbulent, die durch den Selbstantrieb des Lichtbogens verursacht sind. In den kleinen Kammern 211 wird der Gasstrom abgetrennt und durch die Trennwände 6 ausgerichtet und gekühlt. Anschliessend erfolgt die Speicherung in den kleinen Kammern 211.

Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Gasdruckes des Lichtbogen löschenden Gases, das durch das Leitorgan 5 geführt wird, gross genug ist, breitet sich der hohe Druck schnell über den oberen Bereich der Druckkammer 21 und die kleinen Kammern 211 aus, und das Löschgas wird in der gesamten Druckkammer 21 innerhalb kurzer Zeit im Druck erhöht. Da andererseits die Gastemperatur entlang des gleichen Weges erfolgt wie die Druckfortpflanzung, und da die Temperaturausbreitungsgeschwindigkeit im Vergleich zur Druckfortpflanzung sehr langsam ist, wird die Temperatur in der Druckkammer oder den kleinen Kammern nur sehr wenig erhöht, während die meiste Wärme in dem Leitorgan 5 bleibt.

Wenn sich der bewegliche Kontakt 4 weiter nach unten bewegt, so wird der Druck des Gases innerhalb der kleinen Kammern 211 der Druckkammer 21 gross genug, um den Lichtbogen auszublasen, und die Öffnung 43 öffnet sich zum Inneren des Gehäuses 1 hin, so dass der Gasstrom durch die Öffnung 24 in abwärts verlaufenden Richtung in den Lichtbogenbereich gerichtet ist und dort verteilt wird. Die Strömung und Ausbreitung des Gases in dem Lichtbogenbereich ist besonders wirksam, da im wesentlichen kein Druckverlust auftritt, denn in den kleinen Kammern 211 tritt keine Verwirbelung oder dgl. auf. Das in den Lichtbogenbereich gepuffte Gas hat eine niedrige Temperatur und einen hohen Druck, so dass sich eine wirksame Kühlung und Ausbreitung des Lichtbogens ergibt, die zu seiner schnellen Löschung führen.

Es sei erwähnt, dass der erfindungsgemässe Stromunterbrecher auch so ausgebildet sein kann, dass der elektrische Lichtbogen in die Druckkammer 21 eindringt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ebenfalls ein Gehäuse 1 vorhanden, in dem sich lichtbogenlöschendes Gas,

wie z.B. SF6-Gas, befindet. Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine Lichtbogen-Löschkammer 2 angeordnet, in der sich ebenfalls solches Gas befindet. Die Löschkammer 2 hat eine Druckkammer 21 aus metallischem Material, einen Hauptkörper 22 aus elektrisch leitendem Material und eine Strömungsführung 23 aus elektrisch isolierendem Material, das dem Lichtbogen widersteht. Der Stromunterbrecher hat ausserdem einen stationären, in dem Hauptkörper 22 der Löschkammer angeordneten Kontakt 3 und einen beweglichen Kontakt 4 mit einer Düse 41, sowie einen Gaskanal 42 und eine Öffnung 43. Der bewegliche Kontakt 4 wird durch einen üblichen, nicht dargestellten Betätigungsmechanismus getragen, so dass er von dem stationären Kontakt 3 wegbeweglich ist. Eine Öffnung 24 zwischen dem unteren Abschnitt der Druckkammer 21 und ihrer unteren Kante wird durch ein Leitorgan 5' für die Leitung der hohen Temperatur begrenzt, das in der Druckkammer 21 angeordnet ist. Die Ableitung der hohen Temperatur erfolgt aus dem Hochdruckgas, das durch den zwischen den trennbaren Kontakten 3 und 4 gebildeten elektrischen Lichtbogen erzeugt wurde. Das Leitorgan 5' hat einen hohlen zylindrischen Körper 51 und eine schraubenlinienförmige Führungsplatte 52, die in dem zylindrischen Körper 51 befestigt ist, um einen schraubenlinienförmigen Gaskanal 53 darin zu bilden. Das Leitorgan 5' wird durch einen Halteschaft 60 gehalten, der an der oberen Wand der Druckkammer 21 befestigt ist. Die Druckkammer 21, der Gaskanal 25 in dem Hauptkörper 22 der Löschkammer und die Öffnung 24 sind so relativ zueinander geformt und angeordnet, dass der grösste Teil des durch den Lichtbogen unter hohen Druck gebrachten Löschgases in das Leitorgan 5' gelangt und dass das in der Druckkammer 21 gespeicherte Druckgas durch die Öffnung 24 beim Ausblasen des Lichtbogens bläst.

Bei Betätigung des nicht dargestellten Betätigungsmechanismus bewegt sich der bewegliche Kontakt 4 nach unten, und nach einem vorgegebenen Kontaktweg zwischen den Kontakten 3 und 4 trennen diese sich voneinander, so dass sie zwischen sich einen elektrischen Lichtbogen bilden. Durch den Lichtbogen nimmt das Löschgas im Lichtbogenbereich einen hohen Druck und eine hohe Temperatur an, und dieses Gas wird anschliessend durch die Kanäle 25 und 53 in die Druckkammer 21 eingeführt. Da die Druckausbreitungsgeschwindigkeit des Gases, das in dem Leitorgan 5' geführt wird, sehr hoch ist, dringt der Druck schnell durch den schraubenlinienförmigen Kanal 53 in den oberen Teil der Druckkammer 21. Die Gastemperatur breitet sich entlang des gleichen Weges aus wie der Druck. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Temperatur jedoch sehr gering ist, ergibt sich eine Temperaturerhöhung nur in einem begrenzten Bereich innerhalb der Druckkammer und verbleibt innerhalb des Leitorganes 5'.

Wenn sich der Kontakt 4 weiter abwärtsbewegt, so öffnet sich die Öffnung 43 zum Innern des Gehäuses 1 hin, und der Lichtbogen nähert sich dem Nullwert. Wenn die Drosselfunktion des elektrischen Lichtbogens erlischt, öffnet sich der Lichtbogenbereich, so dass der Druck und die Temperatur in diesem Bereich plötzlich abnehmen. Zur gleichen Zeit wird das unter hohem Druck stehende Gas, das bei niedriger Temperatur in der Druckkammer 21 gehalten wird, durch die Öffnung 24 in den Lichtbogenbereich hinein freigegeben, wo es sich ausbreitet und zum Innern des Gehäuses 1 sich entspannt. Da das Gas mit niedriger Temperatur während des erwähnten Vorganges in dem Leitorgan 5' verbleibt, und zwar infolge der durch den Strömungswiderstand in dem schraubenlinienförmigen Kanal 53 begrenzten Strömungsgeschwindigkeit, hat nahezu das gesamte, in den Lichtbogenbereich durch die Öffnung 24 eingeblasene Gas eine niedrige Temperatur, so dass das in der Druckkammer 21 gespeicherte Druckgas eine gute Kühl- und Zerstreuwirkung hat und sich

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folglich eine schnelle Löschung des Lichtbogens bei gleichzeitigem Abfall des Lichtbogenstromes auf Null ergibt.

Wenn der zylindrische Körper 51 und die schraubenli-nienförmige Führungsplatte 52 des Leitorgans 5' aus metallischem Material gebildet sind und so angeordnet sind, dass sich ein Kontakt mit dem unter hoher Temperatur stehenden Gas aus dem Lichtbogenbereich ergibt, wird eine Verbesserung der Löschwirkung des Gases aufgrund der Kühlwirkung des metallischen Körpers erreicht. Selbst wenn das in dem Leitorgan 5' verbleibende Gas bei dieser Anordnung direkt in den Lichtbogenbereich strömt, wird die Löschwirkung des Gases nicht verschlechtert, da das verbleibende Gas auf eine ausreichend niedrige Temperatur gekühlt wurde. Die innere und äussere Fläche des Leitorganes 5' können rauh ausgebildet sein, um die Oberflächengrösse für die Wärmeübertragung weiter zu vergrössern. Die gleiche Wirkung kann auch durch einen Gaskanal 53 erzielt werden, der in schmale gerade Abschnitte unterteilt ist.

Fig. 4 zeigt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Stromunterbrechers. Er hat ein Gehäuse 1, in dem Löschgas, wie z.B. SF6-Gas, eingeschlossen ist, eine Löschkammer 2, in der sich eine Druckkammer 21 aus metallischem Material befindet, einen Hauptkörper 22 der Löschkammer, der aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, und eine Strömungsführung 23 aus einem elektrisch isolierenden Material, das gegenüber dem Lichtbogen widerstandsfähig ist. Der Stromunterbrecher hat ausserdem einen in dem Hauptkörper 22 angeordneten stationären Kontakt 3 und einen beweglichen Kontakt 4, der durch einen üblichen, nicht dargestellten Betätigungsmechanismus von dem stationären Kontakt 3 trennbar ist. Ausserdem sind ein Düsenabschnitt 41, ein Gaskanal 42 und eine Öffnung 43 vorhanden. Um eine Öffnung 24 zwischen dem unteren Abschnitt der Druckkammer 21 zu begrenzen, ist in der Druckkammer 21 ein Leitorgan 5" angeordnet, die einen hohlen zylindrischen Körper für die Führung des unter hoher Temperatur und hohem Druck stehenden Gases aufweist, das durch den zwischen den Kontakten 3 und 4 ausgebildeten elektrischen Lichtbogen im oberen Abschnitt der Druckkammer 21 erzeugt wurde. Im oberen Abschnitt des Leitorgans 5" ist ein Rückschlagventil 7 mit einem Ventil 71 und einer Rückstellfeder 72 angeordnet, so dass das in dem Leitorgan 5" unter höherem Druck als in der Druckkammer 21 stehende Gas in die Druckkammer 21 einströmen kann.

Bei Betätigung des Betätigungsmechanismus bewegt sich der Kontakt 4 nach unten, und nach Durchlauf einer vorgegebenen Kontaktstrecke zwischen den Kontakten 3 und 4 trennen diese sich voneinander und bilden zwischen sich einen elektrischen Lichtbogen. Dieser erhitzt das in dem Lichtbo-5 genbereich befindliche Löschgas, so dass es expandiert und einen hohen Druck annimmt. Da die Öffnung 43 zu dieser Zeit noch geschlossen ist, wird das unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende erzeugte Gas in das Leitorgan 5" geleitet, so dass sich das Rückschlagventil 7 öffnet und es i° weiter in den oberen Abschnitt der Druckkammer 21 einströmt. Obgleich das in die Druckkammer 21 eingeführte Gas unter hoher Temperatur steht, wird das Gas im unteren Abschnitt der Druckkammer 21 aufgrund der langsamen Ausbreitungsgeschwindigkeit der Temperatur nicht erwärmt, 's Jedoch infolge der hohen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Druckes wird der Druck des Gases in der Druckkammer sofort erhöht. Bewegt sich der Kontakt 4 weiter nach unten, um die Öffnung 43 zu öffnen und verringert sich die Drosselwirkung des Lichtbogens am Düsenabschnitt 41, wenn sich die Stromstärke des Lichtbogens Null nähert, so wird das unter niedriger Temperatur und hohem Druck stehende, in der Druckkammer 21 gespeicherte Gas durch die Öffnung 24 in den Lichtbogenbereich hinein freigegeben, so dass es sich ausbreitet und den Lichtbogen auslöscht.

25 Andererseits wird das in dem oberen Abschnitt der Druckkammer 21 verbleibende und unter hoher Temperatur stehende Gas freigegeben und breitet sich in den Innenraum des Gehäuses 1 aus, indem es nach Löschen des Lichtbogens dem unter niedriger Temperatur und hohem Druck stehenden m Gas folgt.

Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, dass nahezu kein Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Lichtbogenbereich im Anfangsstadium der Öffnung der Druckkammer einströmt. Nur das unter niedriger Temperatur 35 stehende Hochdruckgas kann dort hineinströmen, so dass sich eine ausgezeichnete Löschwirkung ergibt und die gute Leistung des selbstlöschenden Stromunterbrechers des Puffer-Typs voll ausgenutzt wird. Da das unter hoher Temperatur und hohem Druck stehende Gas nicht mit dem unter nied-40 riger Temperatur und hohem Druck stehende Gas infolge der Anordnung des Leitorganes in der Löschkammer gemischt wird, ergibt sich eine starke Verbesserung der Löschwirkung aufgrund einer einfachen und billig herzustellenden Konstruktion.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Stromunterbrecher mit einer lichtbogenlöschenden Kammer (2), in der ein Paar von trennbaren Kontakten angeordent ist, von denen mindestens einer beweglich ist und in der sich ein lichtbogenlöschendes Gas befindet, gekennzeichnet durch eine in der Löschkammer (2) angeordnete Druckkammer (21) und ein in der Druckkammer (2) angeordnetes Leitorgan (5), das ein durch den zwischen den Kontakten gebildeten Lichtbogen unter Druck gesetztes Gas in die Druckkammer (21) leitet, wobei der Lichtbogen durch das Druckgas in der Druckkammer (21) gelöscht wird.

2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitorgan (5) einen Führungskanal aufweist, der aus einem zylindrischen Körper besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitorgan (5) aus metallischem Material besteht.

4. Stromunterbrecher nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (21) konzentrisch zu dem Führungskanal des Leitorganes (5) angeordnet ist.

5. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitorgan (5) einen Führungskanal für die Führung des Druckgases und die Druckkammer (21) begrenzt, in die das Druckgas geleitet wird.

6. Stromunterbrecher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (21) in mehrere Kammern (211) unterteilt ist.

7. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Führungskanal des Leitorgans (5) eine Führungsplatte (52) angeordnet ist für die Begrenzung eines Kanals mit hohem Strömungswiderstand.

8. Stromunterbrecher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsplatte (52) schraubenlinienförmig verläuft.

9. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Führungskanal des Leitorgans (5) ein Rückschlagventil (7) vorgesehen ist.