DE19524217A1

DE19524217A1 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE19524217A1
Application number: DE19524217A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Niemeyer
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1997-01-09
Also published as: CN1146058A; EP0981147A3; US5770828A; EP0981147A2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Es sind mit einem gasförmigen Isolier- und Löschmedium, vorzugsweise Schwefelhexafluorid, gefüllte Leistungsschalter bekannt, die mindestens eine Löschkammer aufweisen. Die Löschkammer ist in der Regel mit einer Leistungsstrombahn und mit einer Nennstrombahn versehen. Die Leistungsstrombahn weist mindestens einen feststehenden und einen beweglichen Kontakt auf. Die Löschkammer kann als einfach beblasene oder mit einer Doppelblasung versehene Kammer ausgebildet sein. Ferner kann die Löschkammer als selbstbeblasene Kammer ausgebildet sein, bei welcher die Energie des Lichtbogens den für die Löschung desselben nötigen Blasdruck selbst erzeugt, welcher in einem Blasvolumen solange gespeichert wird, bis eine erfolgversprechende Beblasung des Lichtbogens möglich ist. Ein besonders rascher Druckaufbau im Blasvolumen wird erreicht, wenn der Lichtbogen durch eine der bekannten Maßnahmen in Rotation versetzt wird.

Bei einem Leistungsschalter, bei dem die Energie des Lichtbogens den für die Löschung desselben nötigen Blasdruck selbst erzeugt, kann es vorkommen, daß beim Abschalten kleiner Ströme ein zu kleiner Druckaufbau im Blasvolumen erfolgt, so daß in diesem Fall eine erfolgreiche Beblasung des Lichtbogens nicht möglich ist. Mit der Hilfe von aufwendigen Maßnahmen, beispielsweise durch den Einbau eines zusätzlichen Blaskolbens in die Löschkammer, muß sichergestellt werden, daß auch bei diesem Schaltfall der Lichtbogen sicher gelöscht wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Leistungsschalter zu schaffen, bei welchem mit einfachen Mitteln erreicht wird, daß auch stromschwache Lichtbögen sicher gelöscht werden.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesent lichen darin zu sehen, daß beim Abschalten vergleichsweise kleiner Ströme ein zusätzlicher Lichtbogen dafür sorgt, daß eine genügende Menge des für die Beblasung des Lichtbogens benötigten druckbeaufschlagten Mediums entsteht. Das Volumen und auch die Abmessungen der Löschkammer können vorteilhaft klein gehalten werden, da die Mittel für die Erzeugung des zusätzlichen Lichtbogens nur wenig Platz beanspruchen.

Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Es zeigen:

Fig. 1 einen ersten, stark vereinfachten Teilschnitt durch die Löschzone der Löschkammer eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters in eingeschaltetem Zustand,

Fig. 2 einen zweiten, stark vereinfachten Teilschnitt durch die Löschzone dieser Löschkammer während des Öffnens mit einem vergleichsweise stromstarken Lichtbogen, und

Fig. 3 einen dritten, stark vereinfachten Teilschnitt durch die Löschzone dieser Löschkammer während des Öffnens mit einem vergleichsweise stromschwachen Lichtbogen.

Bei den Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In der Fig. 1 ist ein erster, stark vereinfachter Teilschnitt durch eine Löschzone 1 der Löschkammer eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters in eingeschaltetem Zustand dargestellt. Der besseren Anschaulichkeit halber sind die übrigen Teile der Löschkammer, insbesondere auch ihr Gehäuse und ihr Antrieb, nicht dargestellt. Diese Löschkammer ist mit einem isolierenden Medium, beispielsweise mit gasförmigem Schwefelhexafluorid (SF₆), gefüllt. Die Löschkammer weist eine Längsachse 2 auf, um welche eine feststehende Kontaktanordnung 3 und ebenso eine bewegliche Kontaktanordnung 4 zentrisch symmetrisch angeordnet ist. Die bewegliche Kontaktanordnung 4 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb in axialer Richtung betätigt.

Im eingeschalteten Zustand, wie in der Fig. 1 dargestellt, wird die feststehende Kontaktanordnung 3 über eine Kontaktbrücke 5 elektrisch leitend mit der beweglichen Kontaktanordnung 4 verbunden. Die Kontaktbrücke 5 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall, sie ist in der Form eines Kontaktfingers ausgebildet. Es ist möglich, diese Kontaktbrücke 5 in einen Kontaktkorb einzubauen, sie kann auch aus mehreren parallel angeordneten Kontaktfingern bestehen. Die Kontaktbrücke 5 ist in einer schematisch dargestellten Halterung 6 drehbar gelagert. Die Halterung 6 kann federnd ausgebildet sein, wobei die Kontaktbrücke 5 senkrecht auf die Längsachse 2 zu gedrückt wird, um eine genügend große Kontaktkraft der Kontaktbrücke 5 zu erreichen. Die Kontaktbrücke 5 weist eine Auflagestelle 7 auf, die im eingeschalteten Zustand auf der beweglichen Kontaktanordnung 4 aufliegt. Die Kontaktbrücke 5 weist eine weitere Auflagestelle 8 auf, die im eingeschalteten Zustand auf der feststehenden Kontaktanordnung 3 aufliegt. Auf der der Auflagestelle 8 entgegengesetzten Seite der Kontaktbrücke 5 ist eine Zugfeder 9 angebracht, welche eine Kraft auf die Kontaktbrücke 5 ausübt, deren Richtung durch einen Pfeil 10 angedeutet wird. Der Drehpunkt der Halterung 6 ist so gewählt, daß durch elektrodynamische Kräfte erzeugte Kontaktkräfte die Auflagestelle 8 der Kontaktbrücke 5 stärker auf die feststehende Kontaktanordnung 3 drücken als dies bei der Auflagestelle 7, die auf die bewegliche Kontaktanordnung 4 drückt, der Fall ist.

Eine schematisch angedeutete Wand 11 umschließt ein ringförmig ausgebildetes Blasvolumen 12, dessen innere Begrenzung die Außenseite der feststehenden Kontaktanordnung 3 bildet. Die Strombahn für den durch die geschlossene Löschkammer fließenden Wechselstrom führt, wenn der Leistungsschalter für vergleichsweise kleine Nennströme ausgelegt ist, von der feststehenden Kontaktanordnung 3 über die Auflagestelle 8 in die Kontaktbrücke 5 und durch diese und die Auflagestelle 7 hindurch in die bewegliche Kontaktanordnung 4. Wenn der Leistungsschalter und damit die Löschkammer für vergleichsweise große Nennströme ausgelegt ist, so ist parallel zu der oben beschriebenen Strombahn eine, in der Regel außen und konzentrisch zu dieser angeordnete, separate Nennstrombahn vorgesehen. Von dieser Nennstrombahn kommutiert der abzuschaltende Wechselstrom dem Einleiten des Abschaltvorgangs in bekannter Weise auf die oben beschriebene Strombahn.

Auf die konstruktive Gestaltung der Kontaktbrücke 5 samt der Auflagestellen 7 und 8 wird hier nicht weiter eingegangen. Die durch Lichtbogenfußpunkte beanspruchten Teile können mit abbrandfesten, aus elektrisch leitendem Material bestehenden Abdeckungen versehen sein. Für diese Abdeckungen wird vorzugsweise Wolframkupfer verwendet, es kann jedoch auch Graphit eingesetzt werden.

Die Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Löschzone 1 der Löschkammer in einer ersten Zwischenstellung kurz nach dem die bewegliche Kontaktanordnung 4 bei der Bewegung in Richtung eines Pfeiles 13 sich von der Kontaktbrücke 5 gelöst und dabei einen Lichtbogen 14 gezogen hat. Bei diesem Abschaltvorgang soll ein vergleichsweise großer Abschaltstrom unterbrochen werden. Die durch den Abschaltstrom erzeugten elektrodynamischen Kräfte wirken der durch die Zugfeder 9 auf die Kontaktbrücke 5 ausgeübten Kraft entgegen, so daß die Kontaktbrücke 5 in der gleichen Stellung verbleibt, wie im eingeschalteten Zustand der Löschkammer, die Auflagestelle 8 bleibt in Kontakt mit der feststehenden Kontaktanordnung 3. Die Lichtbogenenergie des Lichtbogens 14 heizt das Gas in der Löschzone 1 stark auf und erzeugt so einen hinreichend großen Gasdruck. Das druckbeaufschlagte Gas strömt in das Blasvolumen 12 ab wo es solange gespeichert wird, bis eine erfolgversprechende Beblasung des Lichtbogens 14 möglich ist.

Die Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Löschzone 1 der Löschkammer in einer weiteren Zwischenstellung kurz nach dem die bewegliche Kontaktanordnung 4 bei der Bewegung in Richtung eines Pfeiles 13 sich von der Kontaktbrücke 5 gelöst und dabei einen Lichtbogen 14 gezogen hat. Bei diesem Abschaltvorgang soll ein vergleichsweise kleiner Abschaltstrom unterbrochen werden. Die durch den Abschaltstrom erzeugten elektrodynamischen Kräfte wirken zwar der durch die Zugfeder 9 auf die Kontaktbrücke 5 ausgeübten Kraft entgegen, sie können bei diesem Schaltfall diese Kraft jedoch nicht kompensieren, so daß die Kontaktbrücke 5 eine Kippbewegung um den Drehpunkt der Halterung 6 herum ausführt. Die Auflagestelle 8 der Kontaktbrücke 5 hebt, infolge der Einwirkung der Zugfeder 9 von der feststehenden Kontaktanordnung 3 ab, sobald sich die bewegliche Kontaktanordnung 4 von der Auflagestelle 7 trennt. Dieses Abheben hat zur Folge, daß zwischen der Auflagestelle 8 der Kontaktbrücke 5 und der feststehenden Kontaktanordnung 3 zusätzlich ein Hilfslichtbogen 15 gezogen wird.

Die Lichtbogenenergie dieses stromschwachen Lichtbogens 14 reicht nicht aus, um eine für eine erfolgreiche Beblasung nötige, hinreichend große Menge druckbeaufschlagten Gases zu erzeugen. Die Lichtbogenenergie dieses zusätzlichen Hilfslichtbogens 15 heizt das Gas in seiner Umgebung auf und erzeugt so eine zusätzliche Menge druckbeaufschlagten Gases. Das durch den Lichtbogen 14 erzeugte druckbeaufschlagte Gas strömt nun zusammen mit dem zusätzlich durch den Hilfslichtbogen 15 erzeugten druckbeaufschlagten Gas in das Blasvolumen 12 ab, wo es solange gespeichert wird, bis eine erfolgversprechenden Beblasung des Lichtbogens 14 möglich ist.

Die Kraft der Zugfeder 9 wird so eingestellt, daß sie nur in dem Strombereich die Kontaktbrücke 5 bewegen kann, in dem die Erzeugung einer für die Beblasung ausreichende Menge druckbeaufschlagten Gases allein durch den Lichtbogen 14 nicht mehr gewährleistet ist. Der Hilfslichtbogen 15 tritt demnach nur dann auf, wenn die Erzeugung druckbeaufschlagten Gases durch den Lichtbogen 14 unterstützt werden muß, um eine schlußendlich erfolgreiche Stromunterbrechung sicherzustellen.

Der Lichtbogen 14 weist ebenso wie der Hilfslichtbogen 15, abhängig vom Augenblickswert des abzuschaltenden Wechselstroms, eine unterschiedliche Intensität auf, so daß auch von daher die Druckerzeugung in der Löschzone 1 unterschiedlich stark ist. Wenn der Lichtbogenstrom in den Bereich um einen Stromnulldurchgang gelangt, so herrscht in der Löschzone 1 ein kleinerer Gasdruck als im Blasvolumen 12. Dieses Druckgefälle zwischen dem Blasvolumen 12 der Löschzone 1 verursacht eine Strömung des komprimierten Gases aus dem Blasvolumen 12 heraus in die Löschzone 1. Diese Gasströmung kühlt den Lichtbogen 14 und, sofern vorhanden, auch den Hilfslichtbogen 15 und bringt ihn bzw. sie in einem Stromnulldurchgang zum Erlöschen.

Bezugszeichenliste

1 Löschzone
2 Längsachse
3 feststehende Kontaktanordnung
4 bewegliche Kontaktanordnung
5 Kontaktbrücke
6 Halterung
7, 8 Auflagestelle
9 Zugfeder
10 Pfeil
11 Wand
12 Blasvolumen
13 Pfeil
14 Lichtbogen
15 Hilfslichtbogen

Claims

1. Leistungsschalter mit mindestens einer mit einem isolierenden Medium gefüllten, zylindrisch ausgebildeten Löschkammer, welche eine entlang einer Längsachse (2) erstreckte Löschzone (1) aufweist, mit einer im Zuge einer Leistungsstrombahn angeordneten feststehenden Kontaktanordnung (3) und mit einer beweglichen Kontaktanordnung (4), mit einem den bei einem Ausschaltvorgang auftretenden, erhöhten Druck des isolierenden Mediums speichernden Blasvolumen (12), dadurch gekennzeichnet,

- daß in der Einschaltstellung mindestens eine, zwei Auflagestellen (7, 8) aufweisende Kontaktbrücke (5) die feststehende Kontaktanordnung (3) und die bewegliche Kontaktanordnung (4) elektrisch leitend miteinander verbindet,
- daß die mindestens eine Kontaktbrücke (5) in einer Halterung (6) drehbar gelagert ist, und
- daß die mit der feststehenden Kontaktanordnung (3) zusammenwirkende Seite der mindestens einen Kontaktbrücke (5), bezogen auf die Längsachse (2) in radialer Richtung nach außen, durch eine Kraft beaufschlagt wird.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß für die radial nach außen wirkende Kraft eine Zugfeder (9) vorgesehen ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Halterung (6) weniger von der mit der beweglichen Kontaktanordnung (4) zusammenwirkenden Auflagestelle (7) beabstandet ist als von der entgegengesetzten Auflagestelle (8).

4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Kontaktbrücke (5) in einem Kontaktkorb angeordnet ist.