DE1192722B - Druckgasschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H02c

Deutsche Kl.: 21c-35/10

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

A 35211 VIII d/21c

27. Juli 1960

13. Mai 1965

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter mit vom Ausschaltstrom abhängigen Auspuffquerschnitt, bei dem mindestens ein Paar von in den elektrischen Stromkreis eingeschalteten, gegeneinander beim Schalten bewegbaren Schaltstücken vorhanden ist, welche als Hohlzylinder ausgebildet sind, wobei von jedem Hohlzylinder eine Verbindung zur Außenluft besteht, durch die beim Schalten durch Trennung der Schaltstücke Gas ins Freie strömt. ίο

Es ist ein Stromunterbrecher bekanntgeworden, bei dem zur Lichtbogenlöschung der Blasstrom eines Gases, Dampfes oder einer Flüssigkeit dient, indem der zur Blasströmung erforderliche Druckaufbau in einem begrenzten Raum durch den bei der Trennung der Schaltstücke entstehenden Lichtbogen selbst hervorgerufen wird, wobei der Austrittsquerschnitt für das Löschmedium aus einem Raum durch eine druck- bzw. stromabhängige Regelvorrichtung stetig verändert wird. Die Regelvorrichtung ist entweder als mechanisches Ventil ausgebildet, das elektromagnetisch in Abhängigkeit vom Lichtbogen angetrieben wird, oder sie wird von bewegbaren Wandteilen des Lichtbogenraumes gebildet, welche entsprechend dem in letzteren herrschenden Druck den Öffnungsgrad des Austrittskanals bestimmten. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, das Ausschalten schwacher Ströme zu begünstigen. Eine Übertragung dieser Einrichtung auf Druckgasschalter mit fremderzeugter Löschmittelströmung stößt jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere, wenn es sich um Schalter großer Nennausschaltleistung handelt, da die Regelvorrichtung zu teuer und kompliziert würde, um die bei solchen Schaltern erforderlichen Auspuffquerschnitte zu steuern.

Bei Druckgasschaltern für hohe Schaltleistungen kommt es in erster Linie darauf an, den Explosionsknall herabzusetzen, welcher auftritt, wenn das Löschgas bei Schalthandlungen aus der Löschkammer ins Freie strömt. Dieser Lärm ist besonders störend, wenn solche Schalter in städtischen Wohngebieten aufgestellt sind. Bei bisherigen Schaltern dieser Art wurde Druckluft in gleichem Ausmaß wie beim Abschalten des Grenzstromes auch dann verwendet, wenn es sich um das gewöhnliche Öffnen und Schließen elektrischer Stromkreise bei verhältnismäßig schwachen Strömen und um das Abschalten schwerer Fehlerströme von der Größenordnung des Grenzstromes handelte. Im Normalbetrieb ist jedoch die Wahrscheinlichkeit, daß so große Ströme unterbrochen werden müssen, verhältnismäßig selten gegenüber dem Auftreten normaler Schalthandlun-Druckgasschalter

Anmelder:

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd.,

Kawasaki (Japan)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld und Dr. D. v. Bezold,

Patentanwälte, München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Takeo Okazaki, Kawasaki (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 27. Juli 1959 (T-1194, R-2960)

gen. Wenn normale Lastströme unterbrochen werden, ist es nicht nötig, so große Druckgasmengen für das Löschen des Lichtbogens zu brauchen wie beim Grenzstrom. Wenn also bei normalen Schalthandlungen die Löschgasmenge in geeignetem Maße vermindert wird, kann auch der Explosionsknall erheblich verringert werden. Außerdem zeigt es sich, daß, wenn große Löschgasmengen auch beim Unterbrechen der Magnetisierungsströme von Transformatoren verwendet werden, die rasche Unterbrechung zu hohen Überspannungen schädlicher Art Anlaß gibt. Wenn in diesen Fällen kleinere Löschgasmengen oder Gas von geringerem Druck verwendet werden, um die öffnenden Kontakte zu beblasen, können diese Überspannungen vermieden werden. Dadurch wird es auch möglich, auf die Verwendung nichtlinearer Widerstände zum Schütze der Schalter vor den hohen Überspannungen zu verzichten, mindestens aber könnten Widerstände einfachster Ausführung verwendet werden.
Es ist zwar ein Druckgasschalter bekanntgeworden, bei dem das Druckgas, das aus einem Druckraum durch eine Austrittsöffnung, die vom beweglichen Schaltstift freigegeben wird, ausströmt, dadurch auf einem möglichst hohen Gasdruck gehalten wird, daß sich während des Ausschaltvorganges Isolierteile zwischen die sich trennenden Schaltstücke schieben und damit den Austrittsquerschnitt relativ klein halten. Der Zweck bei dieser Anordnung

509 569/314

besteht darin, einerseits im Düsenkontaktstück eine große Kontaktfläche zu erhalten, sobald der Schaltstift sich in Einschaltstellung befindet, und andererseits den Druckgasverbrauch nicht zu groß werden zu lassen. Es wurde hierbei auch vorgeschlagen, die sich in die Schaltstrecke hineinbewegenden Isolierteile stromabhängig zu steuern, um den Gasstrom soweit zu drosseln, daß eine allmähliche Abschaltung bei kleinen Strömen mit geringen Überspannungen stattfindet. Bei dieser Anordnung ist es jedoch nachteilig, daß die Isolierteile bei jeder Ausschaltung dem Lichtbogen unmittelbar ausgesetzt sind, wodurch ihre Lebensdauer stark begrenzt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter der eingangs erwähnten Art, bei welchem die zur Beblasung der sich öffnenden Schaltstücke verwendete Gasmenge durch Regelung des Auspuffquerschnittes in Abhängigkeit vom Abschaltstrom eingestellt werden kann. Beim Abschalten von starken Strömen, beispielsweise von Kurzschlußströmen, wird eine große Gasmenge, hingegen wird beim Abschalten von schwachen Strömen, beispielsweise von normalen Lastströmen oder Magnetisierungsströmen, eine verhältnismäßig geringe Gasmenge verwendet, wodurch der Explosionsknall erheblich vermindert wird.

Der nach dieser Erfindung gebaute Druckgasschalter mit zwei hohlen gegeneinanderbewegbaren Schaltstücken der eingangs erwähnten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schaltstück einen engen Ausströmungsquerschnitt besitzt, durch welchen beim Ausschalten kleiner Ströme allein eine geringe Druckgasmenge ausströmt, während das andere Schaltstück einen großen Ausströmungsquerschnitt aufweist, welcher beim Ausschalten großer Ströme durch ein auf der Ausströmseite des Schaltstückes elektrisch gesteuertes Verschlußorgan zusätzlich freigegeben wird.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt mit dem Schalterteil gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt den gleichen Schnitt des Schalters für den Fall gezeichnet, daß ein kleiner Strom unterbrochen werden soll;

F i g. 3 zeigt den für die Erfindung maßgebenden Teil des Schalters beim Unterbrechen großer Ströme, während

F i g. 4 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Bezugnehmend auf Fig. 1 bezeichnet Ziffer 10 den Schalterteil, welcher über den Isolator 11 auf einem nicht gezeichneten Druckgasbehälter abgestützt ist. Dieser hohle Isolator 11 dient gleichzeitig als Stütze, Isolation und Druckgasleitung. Auf ihm sitzt ein metallisches Gehäuse 12, welches die noch zu beschreibenden Steuerteile für die Kontaktbewegung enthält. Es ist T-förmig und mit seinem unteren Ende mit dem Isolator verbunden. An jedem Ende seiner beiden Arme ist ein Hohlisolator 13 befestigt. Der rechte Teil des Schalters ist nicht gezeichnet. Ein Abschlußteil 14 ist auf dem Isolator 13 angeordnet. In ihm befindet sich ein feststehender, axial angeordneter, zylindrischer Hohlkontakt 15, dessen Hohlraum in eine Kammer 16 mündet, die ihrerseits über die öffnung 17 mit der Außenluft in Verbindung gebracht werden kann. In dieser Öffnung ist ein Ventil 18 angeordnet, welches sich normalerweise in seiner geschlossenen Lage befindet. Zur Betätigung des Ventils ist links davon am Schalterende ein Zylinder 19 angeordnet, in welchem sich ein Kolben 21 befindet, der unter dem Druck der Feder 20 in die linke Stellung gedrückt und mit dem Ventilkolben 18 über die Stange 22 verbunden ist. Der links vom Kolben 21 befindliche Zylinderraum ist über einen Kanal 23 mit dem Innern des Isolierzylinders 13 verbunden. In diesem Kanal ist ein

ίο elektromagnetisches Ventil 24 angeordnet, dessen Erregerspule 25 in Reihe mit dem Stromleiter L geschaltet ist, der an die Klemme 26 führt. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Schalter, bei welchem das Innere des Stützers 11 und des Isolierrohres 13 normalerweise mit unter Druck befindlichem Löschgas gefüllt ist. Das Ventil 24 hält die Klappe 27 normalerweise in geschlossener Lage durch den Druck der Feder 26.
Wenn ein Strom durch die Spule 25 fließt, der groß genug ist, um die Federkraft zu überwinden, wird die Klappe angehoben und damit der Kanal 23 geöffnet. Bei allen Strömen, welche unterhalb eines Grenzwertes liegen, bleibt hingegen der Kanal geschlossen. Durch das Ventil 24 wird also immer nur

as dann der Kanal 23 geöffnet, wenn große Fehlerund Kurzschlußströme über die Leitung L fließen, nicht aber im Falle normaler Strombelastungen. Bei offenem Kanal 23 kann aus dem Innenraum des Isolators 13, der sogenannten Schaltkammer 28, Druckgas an die linke Seite des Kolbens 21 gelangen und ihn entgegen der Kraft der Feder 20 nach rechts drücken, wobei über die Stange 22 das Ventil 18 von seinem Sitz abgehoben und damit der Raum 16 mit dem Gasaustritt 17 verbunden wird. Wenn in diesem Moment das Mundstück 29 des feststehenden Kontaktes 15 gegen die Schaltkammer 28 hin geöffnet ist, fließt das Druckgas der Kammer 28 auch durch den Hohlkontakt 15 in die Kammer 16 und über den Austrittsraum 17 ins Freie. Wenn aber das Ventil 24 geschlossen ist, kann das Druckgas auch dann nicht ins Freie strömen, wenn das Mundstück 29 zur Kammer 28 hin offen ist. Das durch das Mundstück 29 strömende oder schon vorhandene Druckgas der Kammer 28 hält den Kolben 18 in der geschlossenen Lage.

In der Schaltkammer 28 befindet sich auch der hohlzylindrische Kontakt 30, welcher in axialer Richtung vom feststehenden Kontakt 15 hinweg bewegt werden kann und damit den Stromkreis öffnet. Im Innern des Gehäuses 12 befindet sich ein weiteres T-förmiges Gehäuse 31, dessen beide Arme die linke und rechte Kammer 33 bzw. 33' bilden, welche auch als Führungen dienen. Die Kammer 33 führt den rechten Teil des bewegten Kontaktes 30, während das gegenüberliegende Ende der Kammer 33' den linken Teil des Kontaktes 30' führt. Die bewegten Kontakte gleiten leicht durch die Führungen 34 und 34' hindurch, die sich an jedem Ende des Gehäuses 31 befinden, während die im Gehäuseinnern liegenden Kontaktteile Flansche 35 und 35' aufweisen, deren Durchmesser dem Gehäuseinnendurchmesser angepaßt sind. Auf diese Weise sind beide bewegten Kontakte axial geführt und können nicht radial ausweichen. Zwei Schraubenfedern 36 und 36' sind je zwischen den Flanschen 35 der Kontakte und einer in der Mitte des Gehäuses 30 angeordneten Wand 32 angebracht und drücken die bewegten Kontakte 30 gegen die feststehenden, 15.

5 6

Um nun die bewegbaren Kontakte 30 beim Schlie- starker Explosions- oder Auspuffknall im Moment

ßen des Stromkreises gegen die feststehenden Kon- der Stromunterbrechung. Durch die schwache Strö-

takte 15 hin zu bewegen und sie beim Öffnen wieder mung wird der Lichtbogen nicht zu früh unter-

von ihnen zu trennen, ist ein Dreiwegeventil 37 vor- brochen, so daß besonders bei Unterbrechung kleiner

gesehen, welches sich am unteren Ende des Gehäuses 5 Magnetisierungsströme von Transformatoren keine

31 befindet. Wenn Drucköl oder Druckgas durch unerwünschten Überspannungen entstehen können,

ein der Steuerung dienendes Isolierrohr 38 geleitet Es soll nun der Fall der Unterbrechung schwerer

wird, verbindet das Ventil 37 die Kammern 33 und Kurzschlußströme betrachtet werden. Dann fließt

33' über die Öffnung 39 mit der Außenluft, wenn ein großer Strom durch die Spule 25 der Ventil-

aber der Steuerdruck entfernt wird, verbindet das io einrichtung 24, wodurch der Kanal 23 geöffnet wird.

Ventil diese Kammern mit dem Innenraum des Dementsprechend wird das Ventil 18 geöffnet und

Stützers 11. Sind die Kammern mit dem Außenraum der Raum 16 mit der Außenluft verbunden. Das

verbunden, so sinkt deren Druck auf den Atmos- nicht dargestellte Schutzrelais veranlaßt im gleichen

phärendruckj und eine große Druckdifferenz auf die Moment den Zutritt des Steuerdruckes zum Ventil

Flansche 35 der bewegten Kontakte drückt diese 15 37 über die Rohrleitung 38. Das Steuerventil 37 ver-

gegen die Kraft der Federn 36 im Sinne der Kontakt- bindet nun wieder die Räume 33 und 33' über die

öffnung von den feststehenden Kontakten 15 hinweg. Leitung 39 mit der Außenluft. Wie im Falle der

Am Ende dieser Bewegung stoßen die Kontakte 30 Unterbrechung kleiner Ströme werden die Kontakte

und 30' gegen die Wand 32. Im Ausführungsbeispiel 15 und 30 voneinander getrennt. In Fig. 3 ist dieser

sind diese Kontakte als Hohlzylinder ausgebildet, 20 Fall für den Augenblick gezeichnet, wo die beiden

welche auf ihrer Kontaktseite eine kleine Öffnung 40 Kontakte sich ein kleines Stück getrennt haben. Es

aufweisen. strömt dann eine gewisse Menge Druckgas durch den

Diese Öffnung erlaubt einer begrenzten Druckgas- bewegten Hohlkontakt 30, während eine große menge, von der Sdhaltkammer 28 aus durch den Menge Gas durch die große Öffnung 41 des fest-Hohlkontakt und das Ventil 37 ins Freie zu strömen, 25 stehenden Kontaktes ins Freie fließt. Es entsteht so lange, als der Kontakt in Bewegung ist und noch eine Druckgasströmung, wie sie durch die eingezeichnicht an die Wand 32 gestoßen ist. Wenn nun die neten Pfeile 42 angedeutet ist, wobei der elektrische Kontakte 30 und 30' dicht an der Wand 32 sitzen, Lichtbogen durch diese Strömung -verlängert wird, hört diese Gasströmung auf, und der elektrische Die starke Lichtbogenbeblasung genügt dann zur Stromkreis ist unterbrochen. Um die bewegten Kon- 3° Löschung und zur Unterbrechung des Stromkreises, takte gegen die feststehenden hin in Bewegung zu Aus diesen Darlegungen ergibt sich, daß die versetzen und damit den Stromkreis wieder zu schließen, hältnismäßig häufigen Unterbrechungen normaler wird der im Rohr 38 befindliche Steuerdruck ent- Ströme bei schwacher Blasung mit geringen Druckfernt, wobei das Ventil die Öffnung 39 schließt und gasmengen erfolgen, während die selteneren Abdie Kammern 33 und 33' mit dem Innern des Stüzers 35 schaltungen großer Kurzschlußströme mit ent-11 verbindet. Damit erfolgt an den Flanschen 35 ein sprechend wesentlich größeren Druckgasmengen vor Druckausgleich, und die Kraft der Federn 36 und 36' sich gehen und damit die auf die Umwohner sich drückt die Kontakte 30 und 30'rasch in ihre Schließ- sehr störend auswirkenden Abschaltgeräusche auf stellung. In dieser Stellung der Kontakte ist der Kon- diese seltenen Fälle beschränkt sind,
taktdruck durch die Kraft der Feder bestimmt. 40 In F i g. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der

Nach dieser Darlegung des Aufbaues des erfin- Erfindung dargestellt. Bei diesem befinden sich zwei dungsgemäßen Schalters wird nun der Vorgang der Kontaktpaare 15, 30 und 15', 30⁷ in einem Druck-Unterbrechung des elektrischen Stromkreises er- gasbehälter 43. Die festen Kontakte 15 und 15' sind läutert. Ausgehend von der in F i g. 1 gezeigten Stel- an der Spitze von hohlen Stützisolatoren 44 und 45 lung der Kontakte soll der Vorgang ihrer Trennung 45 angeordnet, die ihrerseits an den beiden Behälterfür den Fall betrachtet werden, daß es sich um die enden befestigt sind. Dort sind auch die beiden AusUnterbrechung normaler Lastströme oder von puffventileinrichtungen 46 und 46' angeordnet. Jede Magnetisierungsströmen von Transformatoren han- dieser Einrichtungen enthält ein Auspuffventil 47, delt. In diesem Falle fließt durch die Erregerspule 25 einen zu seiner Betätigung dienenden Kolben 48, des Ventils 24 ein Strom, der nicht zur Öffnung der 50 welcher das Ventil öffnet, sobald der äußere Zy-Klappe 27 ausreicht, womit also das Auslaßventil 18 linderraum 49 vom Behältergas über die Steuergeschlossen bleibt. Wenn nun der Steuerdruck dem ventile 50 und 50' unter Druck gesetzt wird. An der Steuerventil 37 zugeleitet wird, verbindet dieses Ven- Oberseite des Behälters befinden sich zwei der til die Kammern 33 und 33' des Behälters 31 mit der Stromzuführung dienende Stützisolatoren 51 und 52, Außenluft. Damit beginnen die Kontakte 30 und 30' 55 welche an ihrem unteren Ende Klemmen 54 und 54' ihre Öffnungsbewegung. aufweisen, welche die Verbindung zu den festen

Die Fig. 2 zeigt nun eine Stellung der Kontakte Kontakten herstellen. Diese Stützer sind als Stützer-

30, bei welcher sie sich erst ein kleines Stück von stromwandler mit den Sekundärwicklungen 55 bzw.

den feststehenden Kontakten 15 wegbewegt haben 55' ausgebildet, denen der Strom für die Betätigung

und zwischen ihnen Lichtbogen entstanden sind. Da 60 der Erregerspulen 53 und 53' der Steuerventile 50

das Ventil 18 geschlossen ist und das Innere des und 50' entnommen wird.

Kontaktes 30 über die Öffnung 39 mit der Außenluft Auch bei dieser Lösung befinden sich bewegte

in Verbindung steht, fließt das Druckgas aus der Kontakte 30 und 30' in einem T-förmigen Gehäuse

Schaltkammer 28 und die kleine öffnung 40 ins 3Γ welches in der Mitte des Behälters 43 an einem

Freie. Durch diese Strömung wird der Lichtbogen 65 hohlen Stützisolator 56 befestigt ist. Am oberen

verlängert und gekühlt und schließlich gelöscht. Die Ende des Stützers ist ein Steuerventil 58, welches

Strömung ist klein, weil sie durch die kleine Öffnung sowohl den Stützer 56 als auch das Gehäuse 31' ent-

40 stark gedrosselt wird. Damit entsteht auch kein lüftet, wenn die Kontakte sich öffnen sollen, und

den Raum 31' mit Druckgas anfüllt, wenn die Kontakte geschlossen sind. Der Strom fließt dabei von einem Stützer 51 zum anderen über den festen Kontakt 15, den bewegten 30, das Gehäuse 31' und die Kontakte 30' und 15'. Wie bei der früher beschrie- S benen Ausführung weisen die festen Kontakte große Düsenöffnungen 41 und 41', die bewegten Kontakte kleine öffnungen 40 und 40' auf, wobei die Abschaltung der kleinen und großen Ströme in gleicher Art erfolgt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise können die festen Kontakte statt hohl als Vollzylinder ausgebildet sein. In diesem Fall ist nur der bewegliche Kontakt mit einer großen Düsenöffnung ausgestattet. Die Kammer in Strömungsrichtung hinter diesem Kontakt hat dann zwei Ventilöffnungen, eine kleine, welche bei der Abschaltung kleiner Ströme geöffnet werden muß, und eine große, die bei Kurzschlußabschaltungen offen steht.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit vom Ausschaltstrom abhängigem Ausströmungsquerschnitt, bei dem mindestens ein Paar von in den elektrischen Stromkreis eingeschalteten, gegeneinander beim Schalten bewegbaren Schaltstücken vorhanden ist, welche als Hohlzylinder ausgebildet sind, wobei von jedem Hohlzylinder eine Verbindung zur Außenluft besteht, durch die beim Ausschalten durch Trennung der Schaltstücke Gas ins Freie strömt, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schaltstück (30) einen engen Ausströmungsquerschnitt (40) besitzt, durch welchen beim Ausschalten kleiner Ströme allein eine geringe Druckgasmenge ausströmt, während das andere Schaltstück (15) einen großen Ausströmungsquerschnitt (41) aufweist, welcher beim Ausschalten großer Ströme durch ein auf der Ausströmseite des Schaltstückes (15) elektrisch gesteuertes Verschlußorgan (18) zusätzlich freigegeben wird.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabhängig gesteuerte Verschlußorgan (18) als Ventil ausgebildet ist, welches seinerseits eine durch den Ausschaltstrom betätigbare Steuereinrichtung (24) aufweist, durch welche bei Überschreitung eines vorgegebenen Stromwertes das Ventil (18) vorübergehend in die Offenstellung gebracht wird (F i g. 3).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 613 833, 639 300,
371, 678 747.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 569/314 5.65 © Bundesdruckerei Berlin