DE1184394B - Elektrischer Schalter mit selbsterzeugter Loeschmittelstroemung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 02 c

Deutsche Kl.: 21 c - 35/10

Nummer; 1184 394

Aktenzeichen: W 21295 VIII d/21 c

Anmeldetag: 7. Juni 1957

Auslegetag: 31. Dezember 1964

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen hohlen Schaltstift sowie einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Kompressionseinrichtung für ein gasförmiges Löschmittel. Den Kolben der Kompressionseinrichtung kann man bekanntlich mit dem beweglichen Schaltstift fest verbinden. Es ist auch bekannt, daß dabei mit Hilfe einer beweglichen, den Schaltstift umgebenden Düse ein geschlossener Raum gebildet wird, in dem das Lichtbogenlöschmittel beim Beginn der Ausschaltbewegung zunächst verdichtet wird. Dies bringt den Vorteil, daß bereits bei der Kontakttrennung eine beträchtliche Gasströmung vorhanden ist.

Erfindungsgemäß werden Schalter der vorgenannten Art so ausgebildet, daß der Kolben die bewegliche Düse trägt, daß der Zylinder auf der Seite der Düse durch eine die Düse eng umschließende Stirnwand verschlossen ist und daß der hohle Schaltstift das Innere der Düse mit dem Raum zwischen der Stirnwand und dem Kolben verbindet. Man erreicht dadurch eine vorteilhafte Verringerung der zum Schalten erforderlichen Antriebskraft. Im Gegensatz zu bekannten Schaltern mit Vorverdichtung des Löschmittels ergibt sich bei dem Schalter nach der Erfindung für einen erheblichen Teil der Kolbenfläche ein Druckausgleich. Das verdichtete Löschmittel gelangt aus dem Inneren der Düse durch die von dem hohlen Schaltstift gebildete Verbindung in den anderen Teil des durch den Kolben unterteilten Kompressionszylinders. Dort baut es mit Hilfe der die Düse eng umschließenden Stirnwand einen Gegendruck auf, wodurch der Schalterantrieb entlastet wird. Die von diesem Gegendruck in Ausschaltrichtung auf den Kolben ausgeübte Kraft steigt infolge der Lichtbogenwirkung mit wachsendem Strom und sorgt daher auch bei großen Strömen für eine vorteilhaft kleine Antriebskraft. Außerdem ergibt das durch den hohlen Schaltstift abströmende Löschmittel eine vorteilhafte Beblasung des Lichtbogenfußpunktes an der Schaltstiftspitze.

In den F i g. 1 bis 4 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Schalters gemäß der Erfindung dargestellt, aus dem weitere Einzelheiten der Erfindung hervorgehen.

Fig. 1 zeigt einen Schalter mit den Merkmalen der Erfindung, teilweise im Schnitt; die einzelnen Teile des Schalters sind in der Einschaltstellung dargestellt;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die rechte Unter-Elektrischer Schalter mit selbsterzeugter
Löschmittelströmung

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Benjamin P. Baker, Monroeville, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Oktober 1956
(617495)

brechungseinrichtung des Schalters gemäß Fig. 1; die einzelnen Schalterteile sind wiederum in der Einschaltstellung dargestellt;

F i g. 4 zeigt die gleiche Unterbrechungseinrichtung wie F i g. 3, mit dem Unterschied, daß die einzelnen Schalterteile in einer Lage eingezeichnet sind, die sie während des Ausschaltvorganges einnehmen.

In F i g. 1 det Zeichnung ist mit 1 ein dreiphasiger Schalter bezeichnet, bei dem eine Löschmittelströmung stattfindet. In F i g. 1 ist nur ein Pol des Schalters dargestellt. Sein Gehäuse 2 ist auf den Tragbalken 3 befestigt. Die den anderen beiden Polen zugeordneten Gehäuse sind auf den Tragbalken 3 in der gleichen Weise wie das in F i g. 1 dargestellte Gehäuse 2 angeordnet. Die drei Gehäuse des Schalters 1 sind mechanisch in bekannter Weise miteinander verbunden, und alle drei Pole des Schalters werden durch einen geeigneten Antrieb gleichzeitig betätigt. ;

In das Innere des Gehäuses 2 erstrecken sich zwei Durchführungen 4, an deren unteren Enden je eine Unterbrechungseinrichtung 7 befestigt ist. Die Durchführungen 4 werden an ihrem außerhalb des Gehäuses gelegenen Teil von je einem Stromwandler 5 umfaßt. Die beiden Unterbrechungseinrichtungen 7 werden durch eine Brücke 8 leitend verbunden. Die Brücke 8 wird mit Hilfe einer Isolierstange 9 nach oben bzw. nach unten bewegt. Das obere Ende der

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Isolierstange 9 ist mit einem nicht dargestellten geradlinigen Hebel verbunden, der im Inneren eines Getriebekastens 10 angeordnet ist. Über alle drei Gehäuse des Schalters erstreckt sich eine Stange 11, die zur gleichzeitigen Betätigung aller drei Pole dient. Die Betätigungsstange 11 ist mit dem Getriebekasten 10 gasdicht verbunden, so daß kein Gas entlang der Betätigungsstange 11 ausströmen kann. Das Gehäuse 2 ist mit einem geeigneten Löschmittel 13 gefüllt. Für den in der Zeichnung dargestellten Schalter wird vorzugsweise ein Gas verwendet. Obgleich die Verwendung eines Gases besonders vorteilhaft ist, kann als Lichtbogenlöschmittel auch eine Flüssigkeit benutzt werden, da die Anwendung gewisser Merkmale der Erfindung unabhängig von dem benutzten Löschmittel ist.

Das Gehäuse 2 wird zweckmäßig gasdicht verschlossen, wenn als Löschmittel Schwefelhexafluorid oder Selenhexafluorid verwendet wird. Da diese Gase verhältnismäßig teuer sind, ist es wünschenswert, das Gas des öfteren zu gebrauchen. Es hat sich als zweckmäßig ergeben, daß bei Verwendung eines derartigen Gases in dem Gehäuse ein Druck von 3,5 kg/cm² herrscht und daß die öffnungen für die Betätigungsstange 11 gasdicht verschlossen werden, damit auch durch diese öffnungen kein Gas austreten kann. Wenn alle diese Bedingungen erfüllt sind, bleibt der anfängliche Druck im Innern des Gehäuses 2 erhalten, und ein Nachfüllen des Gehäuses ist bei normalen Betriebsbedingungen des Schalters nicht erforderlich.

Der Aufbau der Unterbrechungseinrichtung 7 ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt und soll an Hand dieser Figuren erläutert werden. Wie insbesondere aus der Fig. 3, bei der die einzelnen Schalterteile in der Einschaltstellung dargestellt sind, zu ersehen ist, ist an dem unteren Ende der Durchführung 4 eine Platte 14 mit Hilfe geeigneter Mittel befestigt. An der Platte 14 ist ein Teil 15 angebracht, der eine Platte 16 trägt. Mit Hilfe von mehreren Stangen 18 aus Isoliermaterial und Muttern 19, in diesem Falle vier, ist an der Platte 16 eine Abschlußplatte 20 befestigt, die das untere Ende eines im wesentlichen verschlossenen Zylinders 21 abschließt. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, besteht der Zylinder 21 aus der unteren Abschlußplatte 20, einer oberen Abschlußplatte 22 und einem zylindrischen Teil 23.

Die obere Abschlußplatte 22 und die untere Abschlußplatte 20 werden durch mehrere Stangen 25 aus Isoliermaterial, in diesem Falle vier, zusammengehalten. Die Stangen 25 besitzen einen mit größerem Durchmesser versehenen Kopfteil 27 und sind an ihrem unteren Ende mit einem Gewinde versehen, auf das Muttern 29 aufgeschraubt sind. Die obere Abschlußplatte 22 besitzt öffnungen 28, durch die sich die Stangen 25 erstrecken. Die untere Abschlußplatte ist mit öffnungen 29 für die Stangen 25 und mit öffnungen 30 für die Stangen 18 versehen. Die obere Platte 16 besitzt Öffnungen 31, durch die sich die oberen Enden der Stangen 18 erstrecken.

Durch den im wesentlichen verschlossenen Zylinder 21 wird ein als Rohr ausgebildetes bewegliches Schaltstück 32 geführt, das mit einer Bohrung 34 versehen ist. An dem unteren Ende des beweglichen Schaltstückes 32 ist die Bohrung 34 durch einen Zapfen verschlossen. An dem unteren Ende des beweglichen Schaltstückes 32 ist ein Gewinde 36 vorgesehen, auf das ein Teil 37 aufgeschraubt ist, auf den sich mehrere Federn 38 abstützen.

In der EinschaltsteltüHg des Schalters sind die Federn 38 gespannt. Das Spannen der Federn 38 erfolgt beim Einschaltvorgang durch die Brückte. : AnI;dem beweglichen Schaltstück'32 ist .einrliöt ben 39 befestigt, z. B. angeschweißt, der im Innern des Zylinders 23 gleitet. Der Kolben 39 ist mit mehreren Bohrungen 41 versehen. Durch den Kolben 39 ίο wird beim Ausschaltvorgang eine Löschmittelströmung in der durch Pfeile 42 angegebenen Richtung erzeugt. Mit dem Kolben 39 ist ein aufrecht stehender Steuerzylinder 43 verbunden, der einen Teil 44 umgibt. Der Teil 44 besteht aus einer Düse 48 und einem metallischen Gehäuse 45, das an seinem unteren Ende einen nach außen gerichteten Flansch 47· besitzt. Die Düse 48 wird zweckmäßig aus einem lichtbogenwiderstandsfähigen Material hergestellt, das von Fluor oder Fluoriden nicht an<· *o gegriffen wird, z. B. Polytetrafluorethylen, Polychlortrifiuoräthylen oder einem ähnlichen Material,!

Der Steuerzylinder 43 besitzt einen nach innen gerichteten Flansch 49, der sich, nachdem der Steuerzylinder 43 eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat, gegen der Flansch 47 des Gehäuses 45 legt. Hierdurch wird eine mit einem toten Gang 50 versehene Verbindung zwischen dem Kolben 39 und der Düse 44 geschaffen. Der Kolben 39 kann daher eine bestimmte Strecke nach unten bewegt und der Lichtbogen auf eine bestimmte Länge gebracht werden, bevor die Düse 48 durch den Kolben 39 nach unten geführt wird.

In der Einschaltstellung des Schalters (Fig. 3)

berührt die Düse 48 einen sich nach unten erstrekkenden rohrförmigen Anschlag 51, der mit HMfe einer Buchse 52 gehalten wird, die an der Platte 16 durch mehrere Schrauben 54 befestigt ist.

Durch Schrauben 56 ist ein feststehendes Schaltstück 55 an der Platte 16 befestigt, das aus einzelnen Lamellen 58 besteht. Die Lamellen 58 berühren das obere Ende 59 des beweglichen rohrförmigen Schaltstückes 32. Vorzugsweise wird das Schaltstück 32 mit einem rohrförmigen Einsatzstück 60 versehen, das aus einem lichtbogenwiderstandsfähigen Material besteht, wodurch ein unzulässig großer Abbrand des rohrförmigen Schaltstückes 32 verhindert wird.

Innerhalb des feststehenden Schaltstückes 55 bewegt sich ein Stößel 61, der durch eine Feder 62 nach unten gedrückt wird. Das obere Ende der Feder 62 ist in einer Aussparung 64 der Platte 14 gelagert. Das untere Ende der Feder 62 erstreckt sich in das Innere eines zylindrischen Teiles 65. des Stößels 61. Der Stößel 61 besitzt an seinem oberen Ende einen nach außen gerichteten Flansch 66, der zur Begrenzung der Bewegung des Stößels 61 dient. Wie aus F i g. 4 zu ersehen ist, legt sich der Flansch 66 des Stößels 61 während der Ausschaltbewegung gegen die Fläche 67 des feststehenden Schaltstüekes 55, wodurch eine weitere nach unten gerichtete Bewegung des Stößels verhindert wird. Damit keine Dämpfung eintritt, kann der zylindrische Teil 65 des Stößels 61 mit mehreren kleinen öffnungen 68 und der Steuerzylinder 43 mit mehreren öffnungen 69 versehen werden.

In der Einschaltstellung des Schalters fließt der Strom von dem in der Durchführung 4 angeordneten Leiter über die Platte 16, das feststehende Schaltstück 55, das bewegliche Schaltstück 32 und über

die leitende Brücke 8 zu der anderen Unterbrechungseinrichtung 7. Wenn der Schalter geöffnet werden soll, wird durch einen hierfür geeigneten Antrieb, der nicht Gegenstand der Erfindung ist, eine geradlinige horizontale Bewegung der Betätigungsstange 11 hervorgerufen. Durch den nicht dargestellten, im Innern des Getriebekastens 10 angeordneten Hebel wird die Bewegung der Betätigungsstange 11 auf die Isolierstange 9 derart übertragen, Da die Bohrung 34 des beweglichen Schaltstückes über mehrere Kanäle 77 im Kolben 39 mit dem Raum 80 oberhalb des Kolbens 39 verbunden ist, wirkt der durch den Lichtbogen im Raum 72 hervorgerufene Druck gleichzeitig auf die obere Seite des Kolbens 39. Hierdurch wird die Wirkung der Federn unterstützt, d. h., die nach unten gerichtete Bewegung des Kolbens 39 beschleunigt.

Nach der Löschung des Lichtbogens werden die

daß sie und die mit ihr fest verbundene Brücke 8 io Federn 58 noch weiter entspannt, und zwar so lange, eine nach unten gerichtete Bewegung ausführt. Die bis sich der Kolben 39 gegen die Fläche 78 der Absich

Federn 38 werden hierbei entspannt. Da sich die Federn 38 auf dem mit dem beweglichen Schaltstück 32 fest verbundenen Teil 37 abstützen, hat das schlußplatte 20 gelegt hat. Hierdurch wird jede weitere nach unten gerichtete Bewegung des beweglichen Schaltstückes 32 verhindert. Die Brücke 8

Entspannen der Federn eine nach unten gerichtete 15 wird aber noch weiter nach unten bewegt, wodurch Bewegung des Kolbens 39 und des beweglichen eine Trennstrecke zwischen der Brücke 8 und dem Schaltstückes 32 zur Folge. beweglichen Schaltstück 32 geschaffen wird. Die

Zu Beginn der nach unten gerichteten Bewegung Brücke 8 nimmt hierbei die in F i g. 1 mit 79 bedes Schaltstückes 32 folgt der Stößel 61 dem beweg- zeichnete Lage ein. Hierdurch werden zwei Trennlichen Schaltstück 32, wodurch das Entstehen eines ao strecken je Unterbrechungseinrichtung 7 geschaffen. Lichtbogens an den unteren Enden der Lamellen 58
verhindert wird. Der Lichtbogen faßt also nicht auf
den Lamellen 58, sondern auf dem unteren Ende
des Stößels 61 Fuß. Hierdurch werden die Lamellen
58 geschützt und im guten Zustand gehalten, so daß »5
in der Einschaltstellung des Schalters eine einwandfreie Berührung zwischen den Lamellen 58 des feststehenden Schaltstückes 55 und dem beweglichen
Schaltstück 32 gewährleistet ist.

Nachdem das bewegliche Schaltstück 32 eine bestimmte Strecke zurückgelegt hat, legt sich der Flansch 66 des Stößels 61 gegen die Fläche 67 des feststehenden Schaltstückes 55, so daß bei der weiteren nach unten gerichteten Bewegung des Schaltstückes 32 ein Lichtbogen 70 gezogen wird (Fig. 4). Der Lichtbogen brennt zwischen dem Einsatzstück 60 des beweglichen Schaltstückes 32 und dem Stößel 61. Infolge ihrer Trägheit und der im Zylinder 43 vorgesehenen Öffnungen 69, durch die das im Innern des Steuerzylinders 43 befindliche Gas ausströmen kann, verbleibt die Düse 48 während dieser Zeit in der in F i g. 3 dargestellten oberen Lage.

Auch nach dem Entstehen des Lichtbogens 70 behält die Düse 48 ihre obere Lage bei, da im Innern des Raumes 72 ein Druck herrscht. Der durch den Lichtbogen im Raum 72 hervorgerufene Druckanstieg drückt die Düse 48 nach oben. Diese Drucksteigerung ist außerdem noch durch den sich nach unten bewegenden Kolben 39 im Innern des Zylinders 23 bedingt. Die Düse 48 wird daher in ihrer oberen Lage gehalten, und zwar so lange, bis der tote Gang 50 aufgehoben ist, d. h. der Flansch 49 des Steuerzylinders 43 sich gegen den Flansch 47 gelegt hat. Nachdem der Steuerzylinder 43 den toten Gang 50 durchlaufen hat, nimmt er die Düse 48 mit, wodurch das obere Ende 73 der Düse 48 von dem unteren Ende 74 des Anschlages 51 getrennt und damit die Austrittsöffnung der Düse 48 freigegeben wird. Hierbei tritt eine plötzliche Druckabnahme im Raum 72 ein, was eine kräftige Gasströmung durch den eingeengten Teil 75 der Düse 48 in der durch Pfeile 76 angegebenen Richtung zur Folge hat. Die Löschmittelströmung verläuft axial zum Lichtbogen und bewirkt eine schnelle Löschung desselben.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen hohlen Schaltstift sowie einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Kompressionseinrichtung für ein gasförmiges Lichtbogenlöschmittel, wobei der Kolben der Kompressionseinrichtung mit dem beweglichen Schaltstück fest verbunden ist und mit Hilfe einer beweglichen, den Schaltstift umgebenden Düse ein geschlossener Raum gebildet wird, in dem das Löschmittel beim Beginn der Ausschaltbewegung zunächst verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben die bewegliche Düse trägt, daß der Zylinder auf der Seite der Düse durch eine die Düse eng umschließende Stirnwand verschlossen ist und daß der hohle Schaltstift das Innere der Düse mit dem Raum zwischen der Stirnwand und dem Kolben verbindet.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Kolben ein die Düse umgebender Steuerzylinder befestigt ist, der einen nach innen ragenden Flansch besitzt, und daß die Düse einen nach außen ragenden Flansch aufweist, wobei die beiden Flansche so angeordnet sind, daß sie in der Einschaltstellung des Schalters im Abstand voneinander liegen.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzylinder in seinem zwischen dem Flansch und dem Kolben gelegenen Teil mit Bohrungen versehen ist.

4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 mit einem stiftförmigen feststehenden Schaltstück, gekennzeichnet durch einen das feststehende Schaltstück umgebenden Zylinder, an dem die Düse in der Einschaltstellung des Schalters anliegt.

60 In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 669 150, 671 326, 729, 708 703, 718 456, 723 209, 762 613.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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