DE19536673A1 - Leistungsschalter - Google Patents
LeistungsschalterInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Patentschrift EP 0 374 384 B1 ist ein mit SF₆-Gas
gefüllter Leistungsschalter bekannt. Bei diesem
Leistungsschalter wird das für die Beblasung des Lichtbogens
benötigte Löschgas einerseits durch den Lichtbogen selbst
und andererseits zusätzlich durch eine Kolben-Zylinder-
Anordnung erzeugt. Die Kolben-Zylinder-Anordnung weist einen
feststehenden Kolben auf. Der in dieser Kolben-Zylinder-
Anordnung durch Kompression erzeugte Druck steigt annähernd
proportional zum Hub des bewegten Zylinders an, wenn während
der Kompressionsperiode aus der Kolben-Zylinder-Anordnung
kein Druck abströmt.
Während der Kompressionsperiode beim Ausschaltvorgang wird
bei diesem Leistungsschalter allein das in der Kolben-
Zylinder-Anordnung bereits zu Beginn der Ausschaltung
vorhandene saubere SF₆-Gas komprimiert. Soll das
Ausschaltvermögen weiter erhöht werden, so könnte dies zwar
mit Hilfe einer vergrößerten Kolben-Zylinder-Anordnung
erreicht werden, dies würde jedoch zu einer Löschkammer mit
größeren Abmessungen führen, was den Leistungsschalter
erheblich verteuern würde. Eine größere Kolben-Zylinder-
Anordnung würde zudem auch einen stärkeren und damit
teuereren Antrieb erfordern.
Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen ge
kennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Leistungsschalter
zu schaffen, bei weichem mit einfachen Mitteln die Beblasung
des Lichtbogens mit sauberem SF₆-Gas verstärkt ist.
Beim erfindungsgemäßen Leistungsschalter wird durch die
verstärkte Beblasung des Lichtbogens die Ausschaltleistung
vorteilhaft erhöht. Insbesondere wird auch das
Abschaltvermögen des Leistungsschalters im Bereich
vergleichsweise kleiner Ströme wesentlich verbessert. Bei
dem vorliegenden Leistungsschalter steht eine größere Menge
sauberes SF₆-Gas für die Beblasung des Lichtbogens zur
Verfügung als bei herkömmlichen Leistungsschaltern, woraus
die deutliche Steigerung des Ausschaltvermögens resultiert,
dabei ist der Aufwand für diese Verbesserung vergleichsweise
gering.
Die Löschkammer des Leistungsschalters kann in beliebiger
Einbaulage eingesetzt werden, d. h. sie kann sowohl für
sämtliche möglichen Freiluftanwendungen als auch in
metallgekapselten gasisolierten Hochspannungsanlagen
vorteilhaft eingesetzt werden.
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 möglichen Ausführungsweg darstellt, näher
erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Löschkammer eines
Leistungsschalters, wobei in der linken Hälfte der Figur die
Löschkammer in eingeschaltetem Zustand und in der rechten
Hälfte in ausgeschaltetem Zustand dargestellt ist,
Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Löschkammer eines
Leistungsschalters, wobei diese in der linken Hälfte der
Figur im eingeschalteten Zustand und in der rechten Hälfte
im Augenblick der Kontakttrennung dargestellt ist,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der in Fig. 1
angedeuteten Umlenkung für die Betätigung eines Hilfskolbens
bei eingeschalteter Löschkammer,
Fig. 4 verschiedene Teilschnitte durch die in Fig. 1
angedeuteten Umlenkung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der in Fig. 1
angedeuteten Umlenkung im Augenblick der Kontakttrennung der
Löschkammer,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der in Fig. 1
angedeuteten Umlenkung bei ausgeschalteter Löschkammer, und
Fig. 7 den Weg des Hilfskolbens und Druckverläufe im
Blasvolumen in Abhängigkeit vom Hub der Löschkammer des
Leistungsschalters.
Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständ
nis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht
dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt durch eine Löschkammer 1
eines Leistungsschalters, wobei in der linken Hälfte der
Fig. 1 die Löschkammer 1 in eingeschaltetem Zustand und in
der rechten Hälfte in ausgeschaltetem Zustand dargestellt
ist. Die Löschkammer 1 ist im wesentlichen
rotationssymmetrisch aufgebaut, sie weist eine Mittelachse
1a auf. Die Löschkammer 1 wird hier von einem Isoliergehäuse
2 umschlossen. Wegen der besseren Anschaulichkeit ist die in
der Regel vorhandene Nennstrombahn nicht dargestellt. Das
Isoliergehäuse 2 wird an beiden Enden von ebenfalls nicht
dargestellten, metallischen Anschlußflanschen
abgeschlossen. Das Isoliergehäuse 2 umschließt ein
Löschkammervolumen 3, welches mit SF₆-Gas unter Druck,
beispielsweise mit 6 bar, gefüllt ist. Wird der
Leistungsschalter in einer metallgekapselten gasisolierten
Hochspannungsanlage eingesetzt, so kann gegebenenfalls auf
das Isoliergehäuse 2 verzichtet werden, in diesem Fall
könnte unter Umständen die metallische Kapselung das
Löschkammervolumen 3 begrenzen.
Die Löschkammer 1 weist einen elektrisch leitenden
feststehenden Kontakt 4 und einen elektrisch leitenden
beweglichen Kontakt 5 auf. Bei bestimmten
Leistungsschaltertypen ist es jedoch möglich, daß der
Kontakt 4 ebenfalls beweglich ausgebildet ist. Der
bewegliche Kontakt 5 ist an dem dem feststehenden Kontakt 4
zugewandten Ende mit Kontaktelementen 6 versehen, welche bei
geschlossener Löschkammer 1 federnd auf dem feststehenden
Kontakt 4 aufliegen. Der bewegliche Kontakt 5 weist einen
zylindrisch ausgebildeten metallischen Schaft 7 auf, der
sich in die dem feststehenden Kontakt 4 entgegengesetzte
Richtung erstreckt. Der Schaft 7 weist innen einen
zylindrisch ausgebildeten Abströmkanal 8 auf. Der bewegliche
Kontakt 5 macht bei einer Schaltbewegung einen Hub H₁. Auf
dem Schaft 7 des beweglichen Kontakts 5 ist außen ein
ringförmig ausgebildetes Blasvolumen 9 starr befestigt. Das
Blasvolumen 9 wird umschlossen von einer Außenwand 10, in
welche auf der dem feststehenden Kontakt 4 zugewandten Seite
eine Isolierdüse 11 eingelassen ist. Auf der dem
feststehenden Kontakt 4 abgewandten Seite des Blasvolumens 9
wird es durch einen mit der Außenwand 10 und mit dem Schaft
7 druckdicht verbundenen Boden 12 abgeschlossen. Der Boden
12 ist mit einem Ventil versehen. Dieses Ventil wird hier
schematisch durch Öffnungen 13 dargestellt, die bei einem
Überdruck im Blasvolumen 9 von einer Ventilscheibe 14
verschlossen werden. Der Hub der Ventilscheibe 14 wird in
axialer Richtung durch einen am Schaft 7 angebrachten
Anschlag 15 begrenzt. In die Isolierdüse 11 ist mindestens
ein Strömungskanal 16 eingelassen, der beim Ausschalten das
Blasvolumen 9 mit einer Löschzone 17, in welcher dann der
Lichtbogen brennt, verbindet.
Die Außenwand 10 bildet zusammen mit dem Boden 12 des
Blasvolumens 9 einen Kolben 18, der in einem
Kompressionszylinder 19 gleitet. Der Kompressionszylinder 19
ist in der Löschkammer 1 starr befestigt, er wird auf der
dem feststehenden Kontakt 4 gegenüber liegenden Seite durch
einen Zylinderboden 20 abgeschlossen. Der Zylinderboden 20
wird im Zentrum durchdrungen vom Schaft 7 des beweglichen
Kontaktes 5, wobei diese Durchdringung auf eine der
bekannten Arten druckdicht ausgeführt ist. An den Boden 12
schließt ein erstes Kompressionsvolumen 21 an. Das in den
Boden 12 eingebaute Ventil läßt eine Gasströmung vom ersten
Kompressionsvolumen 21 in das Blasvolumen 9 zu, wenn der
Druck im Blasvolumen 9 höher ist als derjenige im ersten
Kompressionsvolumen 21. Das erste Kompressionsvolumen 21
wird auf der dem Boden 12 gegenüber liegenden Seite durch
einen Hilfskolben 22 begrenzt.
Zwischen dem Hilfskolben 22 und dem Zylinderboden 20
befindet sich ein zweites Kompressionsvolumen 23. Der
Hilfskolben 22 gleitet, gegen ein Verkanten gesichert,
sowohl im Kompressionszylinder 19 als auch auf dem Schaft 7
des beweglichen Kontaktes 5, wobei diese Gleitstellen auf
eine der bekannten Arten druckdicht ausgeführt sind. Der
Hilfskolben 22 ist mit einem weiteren Ventil versehen,
welches gegebenenfalls eine Gasströmung vom zweiten
Kompressionsvolumen 23 in das erste Kompressionsvolumen 21
zuläßt. Dieses Ventil wird hier schematisch durch Öffnungen
24 dargestellt, die mittels einer Ventilscheibe 25 abgedeckt
werden können. Der Hub der Ventilscheibe 25 in axialer
Richtung wird durch einen nicht dargestellten Anschlag
begrenzt.
Der Zylinderboden 20 weist ebenfalls ein Ventil auf, welches
durch Öffnungen 26 schematisch dargestellt ist, welche das
zweite Kompressionsvolumen 23 mit dem Löschkammervolumen 3
verbinden. Die Öffnungen 26 werden mittels einer
Ventilscheibe 27 abgedeckt, wenn der Druck im zweiten
Kompressionsvolumen 23 größer ist als der Druck im
Löschkammervolumen 3. Der Hub dieser Ventilscheibe 27 in
axialer Richtung wird ebenfalls durch einen nicht
dargestellten Anschlag begrenzt.
Der Hilfskolben 22 ist, wie dies schematisch durch eine
Wirkungslinie 28 angedeutet ist, mit einem ersten Schenkel
29 eines Winkelhebels 30 verbunden. Der Winkelhebel 30 ist
Teil einer Umlenkung 31 welche den Hilfskolben 22 mit dem
Schaft 7 verbindet. Der Winkelhebel 30 ist auf einem
Lagerbolzen 32 drehbar gelagert. Der Lagerbolzen 32 ist in
der Löschkammer 1 starr befestigt. Der Schaft 7 ist, wie
dies schematisch durch eine Wirkungslinie 33 angedeutet ist,
mit einem zweiten Schenkel 34 des Winkelhebels 30 verbunden.
Eine Ausführungsform der Umlenkung 31 wird später etwas
eingehender anhand der Fig. 3 bis 6 beschrieben.
Die Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt durch eine Löschkammer 1
eines Leistungsschalters, wobei in der linken Hälfte der
Fig. 2 die Löschkammer 1, wie in Fig. 1, in eingeschaltetem
Zustand dargestellt ist und in der rechten Hälfte im
Augenblick der Kontakttrennung. Der über die Umlenkung 31
bewegte Hilfskolben 22, sein Antrieb wird durch die
Wirkungslinie 28 angedeutet, hat sich von der in der linken
Hälfte dargestellten Ausgangsstellung in seine oberste, in
der rechten Hälfte dargestellte Stellung bewegt. Die
Umlenkung 31 ist bei diesem Ausführungsbeispiel so
ausgelegt, daß sich der Hilfskolben 22 um den Hub H₂ in
Richtung auf den feststehenden Kontakt 4 zu bewegt. Es sind
auch andere Hübe möglich, mit Hilfe unterschiedlicher
Schenkellängen beim Winkelhebel 30 läßt sich die Bewegung
des Hilfskolbens 22 für den jeweiligen Leistungsschaltertyp
optimieren. Ebenso kann auch der Winkel, den die beiden
Schenkel 29 und 34 miteinander bilden, modifiziert werden,
um die Bewegung des Hilfskolbens 22 zu optimieren. Der
Hilfskolben 22 hat bei diesem Hub H₂ das SF₆-Gas im ersten
Kompressionsvolumen 21 komprimiert. Das punktiert
dargestellte Volumen 35 stellt die Gasmenge vor der
Kompression dar, die der Menge des durch den Hilfskolben 22
im ersten Kompressionsvolumen 21 zusätzlich komprimierten
SF₆-Gases entspricht. Bei der Bewegung des Hilfskolbens 22
nach oben wird durch die Öffnungen 26 SF₆-Gas aus dem
Löschkammervolumen 3 nachgespeist in das zweite
Kompressionsvolumen 23, so daß sich keine Druckdifferenz
zwischen diesem und dem Löschkammervolumen 3 ausbilden kann.
Anhand der Fig. 3 bis 6 soll nun die Umlenkung 31 etwas näher
betrachtet werden. Der Winkelhebel 30 ist, wie bereits
beschrieben, drehbar auf dem ortsfesten Lagerbolzen 32
gelagert. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, sind, um ein
Verkanten des Hilfskolbens 22 zu vermeiden, zwei Winkelhebel
30 vorgesehen, an die jeweils eine Kolbenstange 36 angelenkt
ist. Diese Kolbenstangen 36 sind an ihrem anderen, hier
nicht sichtbaren Ende gelenkig mit dem Hilfskolben 22
verbunden. Die Kolbenstangen 36 sind im Bereich neben dem
Schaft 7 angeordnet. Die Kolbenstangen 36 weisen jeweils
eine Längsachse 37 auf, diese Längsachsen 37 liegen in einer
Ebene. Die Mittelachse 1a liegt in der Regel nicht in dieser
Ebene. Die Kolbenstangen 36 sind jeweils an den ersten
Schenkel 29 des Winkelhebels 30 angelenkt. Ein Bolzen 38,
der auf der einen Seite einen Bund 39 und auf der anderen
Seite einen Sprengring 40 als Sicherung aufweist, verbindet
jede der Kolbenstangen 36 drehbar mit dem ersten Schenkel 29
des Winkelhebels 30.
Ein Bolzen 41 verbindet jeweils eine Stange 42 drehbar mit
dem jeweils zweiten Schenkel 34 der beiden Winkelhebel 30.
Diese Bolzenverbindung ist ähnlich ausgebildet wie die im
vorhergehenden Absatz beschriebene Verbindung. Die anderen
Enden der Stangen 42 sind jeweils auf einer Seite des
Schaftes 7 angelenkt. Die Stangen 42 sind beidseits des
Schaftes 7 angeordnet. Ein Bolzen 43 durchdringt den Schaft
7 und die anderen Enden der Stangen 42. Der Bolzen 43 weist
auf der einen Seite einen Bund 44 und auf der anderen Seite
einen Sprengring 45 als Sicherung auf. Wie weiterhin aus der
Fig. 4 ersichtlich ist, verlaufen die von dem Bolzen 43
durchdrungenen Enden der Stangen 42 im Bereich unmittelbar
neben dem Schaft 7, während die Kolbenstangen 36 wegen der
Abkröpfung der ersten Schenkel 29 der Winkelhebel 30, einen
etwas größeren Abstand vom Schaft 7 aufweisen. Die in der
Fig. 4 dargestellten Teilschnitte liegen nicht in den
gleichen Ebenen.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere schematische Darstellung der in
Fig. 3 dargestellten Umlenkung 31 im Augenblick der
Kontakttrennung der Löschkammer 1. Der Bolzen 43 hat sich
mit dem nach unten bewegten Schaft 7 mitbewegt und hat die
Stangen 42 mitgenommen. Die Winkelhebel 30 haben sich,
betätigt durch die Stangen 42, im Uhrzeigersinn um den
Lagerbolzen 32 gedreht. Die Kolbenstangen 36 sind
infolgedessen nach oben bewegt worden, und mit ihnen der
Hilfskolben 22, der sich nun in der in der rechten Hälfte
der Fig. 2 dargestellten obersten Position befindet. Wenn
sich der Schaft 7 im Verlauf der Ausschaltbewegung weiter
nach unten bewegt, so werden nun die Winkelhebel 30 über die
Stangen 42 im Gegenuhrzeigersinn weiterbewegt. Dies hat zur
Folge, daß der Hilfskolben 22 über die Kolbenstangen 36
ebenfalls wieder nach unten bewegt wird. Diese Bewegung wird
solange fortgesetzt, bis die in Fig. 6 gezeigte
Ausschaltstellung der Umlenkung 31 erreicht ist. Der
Hilfskolben 22 ist dann wieder in seiner Ausgangsstellung
angelangt. Der Hilfskolben 22 nimmt sowohl bei
eingeschalteter Löschkammer 1 als auch bei ausgeschalteter
Löschkammer 1 die gleiche Position ein, wie sie in der
linken Hälfte der Fig. 1 dargestellt ist.
In der Fig. 7 ist der Weg s des Hilfskolbens 22 in
Abhängigkeit vom Hub H₁ der Löschkammer 1 dargestellt.
Ferner ist der idealisierte Verlauf des Drucks P₁ im
Blasvolumen 9 in Abhängigkeit vom Hub H₁ der Löschkammer 1
des Leistungsschalters dargestellt. Der Druck P₁ im
Blasvolumen 9 erreicht bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel seinen Maximalwert bereits beim
Erreichen des halben Hubs der Löschkammer 1, wenn der
Hilfskolben 22 seine oberste Position erreicht hat, und
bleibt, vorausgesetzt, daß noch keine Abströmung aus dem
Blasvolumen 9 stattfindet und daß stets vorhandene
Undichtigkeiten vernachlässigt werden können, auf diesem
Maximalwert. Der Druckverlauf P₂ wird erreicht bei einem
Leistungsschalter mit einer herkömmlichen Kolben-Zylinder-
Anordnung ohne den zusätzlichen Hilfskolben 22. Die
schraffierte Fläche zwischen den Druckverläufen P₁ und P₂
zeigt anschaulich, daß beim Leistungsschalter gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel im Blasvolumen 9 und im
ersten Kompressionsvolumen 21 eine beträchtlich größere
Menge sauberen SF₆-Gases unter Druck für die Beblasung des
Lichtbogens gespeichert ist.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Wirkungsweise wird
der Einfluß von Undichtigkeiten bei der Schilderung des
Druckaufbaus vernachlässigt. Diese Vernachlässigung ist
sinnvoll, da der beschriebene Ausschaltvorgang stets in
vergleichsweise kurzer Zeit, etwa im Bereich von etwa 10 ms
bis maximal 30 ms abläuft. Dabei ist die Eigenzeit des
jeweiligen Leistungsschalters nicht in die für den
Ausschaltvorgang benötigte Zeit eingerechnet worden. Bei
einer Ausschaltung bewegt sich der bewegliche Kontakt 5,
angetrieben durch einen nicht dargestellten Antrieb, nach
unten, wobei durch den Kolben 18 eine Kompression des SF₆-
Gases im ersten Kompressionsvolumen 21 erfolgt. Gleichzeitig
bewegt sich der vom beweglichen Kontakt 5 über die
beschriebene Umlenkung 31 betätigte Hilfskolben 22 nach oben
und komprimiert ebenfalls das SF₆-Gas im ersten
Kompressionsvolumen 21. Der Hilfskolben 22 pumpt dabei das
dem Volumen 35 entsprechende SF₆-Gas zusätzlich in das erste
Kompressionsvolumen 21 und in das Blasvolumen 9 hinein. In
dem ersten Kompressionsvolumen 21 baut sich dabei der Druck
P₁ auf, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Das Blasvolumen 9
ist in dieser Bewegungsphase durch die Öffnungen 13 mit dem
ersten Kompressionsvolumen 21 verbunden, so daß in beiden
Volumina der gleiche Druck P₁ herrscht. Während der Bewegung
des Hilfskolbens 22 nach oben sind die Öffnungen 24 durch
die Ventilscheibe 25 verschlossen, durch die Öffnungen 26
strömt jedoch in dieser Bewegungsphase sauberes SF₆-Gas aus
dem Löschkammervolumen 3 nach in das zweite
Kompressionsvolumen 23.
Wenn der Hilfskolben 22 seine oberste Stellung erreicht hat,
ist der Druckanstieg infolge der mechanischen Kompression im
ersten Kompressionsvolumen 21 und damit auch im Blasvolumen
9 beendet, ferner ist das zweite Kompressionsvolumen 23
wieder mit SF₆-Gas gefüllt, welches den gleichen Druck
aufweist wie er im Löschkammervolumen 3 herrscht. Bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel findet in diesem Moment,
wenn der höchste mechanisch erzeugte Kompressionsdruck
erreicht ist, die Kontakttrennung statt, und der Hilfskolben
22 kehrt gleichzeitig seine Bewegungsrichtung um. Bei der
Kontakttrennung entsteht in der Löschzone 17 sofort ein
Lichtbogen. Je nach dem ob ein stromstarker oder ein
stromschwacher Lichtbogen zu unterbrechen ist, verläuft bei
diesem Leistungsschalter die Beblasung des Lichtbogens
unterschiedlich.
Ein stromschwacher Lichtbogen heizt die Löschzone 17 nicht
nennenswert auf, d. h. der Druck des in der Löschzone 17
befindlichen SF₆-Gases wird durch einen stromschwachen
Lichtbogen nur unwesentlich erhöht, so daß ein Druckgefälle
zwischen dem Blasvolumen 9 und der Löschzone 17 besteht.
Wegen dieses Druckgefälles setzt unmittelbar nach der
Kontakttrennung bereits eine intensive Beblasung des
Lichtbogens ein. Das im Blasvolumen 9 und im ersten
Kompressionsvolumen 21 gespeicherte saubere SF₆-Gas unter
Druck strömt durch die Strömungskanäle 16 in die Löschzone
17 ein und kühlt dort den Lichtbogen. Das SF₆-Gas strömt
danach durch den Abströmkanal 8 und durch die Isolierdüse 11
ab in Richtung Löschkammervolumen 3. Dieses Abströmen würde
einen Druckabfall im Blasvolumen 9 und im ersten
Kompressionsvolumen 21 verursachen, wenn nicht der Kolben 18
im Zuge seiner weiteren Ausschaltbewegung das SF₆-Gas im
ersten Kompressionsvolumen 21 weiter komprimieren und damit
den Druckabfall kompensieren würde. Während der Bewegung des
Hilfskolbens 22 nach unten tritt im zweiten
Kompressionsvolumen 23 eine Druckerhöhung auf, was zur Folge
hat, daß die Öffnungen 26 durch die Ventilscheibe 27
geschlossen werden. Der Druck im zweiten Kompressionsvolumen
23 erhöht sich solange weiter, bis dann ein Druckausgleich
zwischen dem ersten Kompressionsvolumen 21 und dem zweiten
Kompressionsvolumen 23 stattfindet, d. h. bis auch im zweiten
Kompressionsvolumen 23 der Maximalwert des Druckes P₁
herrscht. Der Kolben 18 wirkt ab dann bis zum Ende der
Ausschaltbewegung sowohl auf das erste Kompressionsvolumen
21 als auch auf das zweite Kompressionsvolumen 23 ein.
Tritt jedoch nach der Kontakttrennung ein stromstarker
Lichtbogen auf, so wird durch die thermische Energie dieses
Lichtbogens das in der Löschzone 17 befindliche SF₆-Gas sehr
stark aufgeheizt. Dieses Aufheizen erzeugt einen Druck in
der Löschzone 17, welcher wesentlich über dem Maximalwert
des Druckes P₁ liegt, so daß aus dem Blasvolumen 9 kein SF₆-
Gas in die Löschzone 17 strömen kann. Es wird im Gegenteil
durch die Strömungskanäle 16 eine Strömung des in der
Löschzone 17 erhitzten SF₆-Gases in das Blasvolumen 9 hinein
stattfinden, so daß der Druck im Blasvolumen 9 wesentlich
erhöht wird. Diese Druckerhöhung hat zur Folge, daß die
Öffnungen 13 durch die Ventilscheibe 14 verschlossen werden,
so daß das heiße und entsprechend verschmutzte SF₆-Gas
nicht in das erste Kompressionsvolumen 21 gelangen kann. Das
heiße SF₆-Gas vermischt sich im Blasvolumen 9 mit dem
gespeicherten kalten SF₆-Gas und wird dadurch etwas
abgekühlt. Im ersten Kompressionsvolumen 21 bleibt sauberes
SF₆-Gas unter Druck erhalten, wobei dieser Druck unter der
Einwirkung des sich weiter in Ausschaltrichtung bewegenden
Kolbens 18 etwas über den in der Fig. 7 angegebenen
Maximalwert von P₁ hinaus ansteigt.
Nähert sich der den Lichtbogen speisende Strom einem
Nulldurchgang, so nimmt seine Intensität und damit auch die
Erzeugung von druckbeaufschlagtem Heißgas ab. Das Heißgas
strömt aus der Löschzone 17 durch den Abströmkanal 8 und
durch die Isolierdüse 11 ab. Wenn die Aufheizung schwächer
wird, so führt diese Abströmung zu einer Reduzierung des in
der Löschzone 17 herrschenden Druckes. Sobald der in dem
Blasvolumen 9 gespeicherte Druck in der Löschzone 17
unterschritten wird, so strömt das in dem Blasvolumen 9
gespeicherte Gemisch aus heißem und kaltem SF₆-Gas durch
die Strömungskanäle 16 in die Löschzone 17 und bebläst dort
den Lichtbogen sehr effektiv, der Druck im Blasvolumen 9
sinkt infolgedessen ab. Sobald ein Druckausgleich zwischen
dem Blasvolumen 9 und dem ersten Kompressionsvolumen 21
stattgefunden hat, gibt die Ventilscheibe 14 die Öffnungen
13 frei, und das im ersten Kompressionsvolumen 21 und im
zweiten Kompressionsvolumen 23 gespeicherte saubere Kaltgas
strömt durch die Strömungskanäle 16 in die Löschzone 17 und
unterstützt dort die Beblasung des Lichtbogens. Bei einer
erfolgreichen Ausschaltung erlischt der Lichtbogen im
Stromnulldurchgang. Das nachströmende saubere Kaltgas
verbessert die dielektrische Festigkeit der Löschzone 17,
so daß ein Wiederzünden des Lichtbogens nach dessen Löschung
sicher vermieden wird. Die Löschkammer 1 kann nun dem
Anstieg der wiederkehrenden Spannung, die zwischen dem
feststehenden Kontakt 4 und dem beweglichen Kontakt 5
auftritt, standhalten.
Wenn befürchtet werden muß, daß das Blasvolumen 9 einer zu
großen Druckbelastung ausgesetzt sein könnte, so kann in
den Boden 12 ein Überdruckventil eingebaut werden, welches
bei der Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes des
Drucks anspricht und den Druck in das erste
Kompressionsvolumen 21 hinein entweichen läßt. Das
Überdruckventil kann auch in die Außenwand 10 des
Blasvolumens 9 eingebaut werden, und zwar in einem Bereich,
der nicht durch den Kompressionszylinder 19 abgedeckt werden
kann, so daß gegebenenfalls der Überdruck in das
Löschkammervolumen 3 hinein abgebaut werden kann. Ebenso
kann in den Hilfskolben 22 ein Überdruckventil eingebaut
werden, welches beim Überschreiten eines vorgegebenen
Überdrucks im ersten Kompressionsvolumen 21 diesen in das
zweite Kompressionsvolumen 23 hinein abbaut. Ferner kann
auch in den Zylinderboden 20 ein Überdruckventil eingebaut
werden, welches beim Überschreiten eines vorgegebenen
Überdrucks im zweiten Kompressionsvolumen 23 diesen in das
Löschkammervolumen 3 hinein abbaut.
Beim Einschalten der Löschkammer 1 erzeugt der Hilfskolben
22 ebenfalls einen Überdruck im ersten Kompressionsvolumen
21 und im Blasvolumen 9, so daß die Löschzone 17 vor der
Kontaktberührung mit frischem SF₆-Gas beblasen wird. Diese
Beblasung hat zur Folge, daß der beim Einschalten
auftretende Vorzündlichtbogen etwas verspätet auftritt.
Insbesondere wirkt sich dieser Effekt bei O-C-O-Schaltzyklen
vorteilhaft aus, da dann während des Einschaltens eventuell
vom vorhergehenden Ausschalten her noch in der Löschzone 17
verbliebene leitende Partikel aus diesem Bereich
fortgeblasen werden, so daß sie bei der dem Einschalten
unmittelbar folgenden Ausschaltung nicht dielektrisch
störend in Erscheinung treten können.
Bei dem vorliegenden Leistungsschalter steht eine größere
Menge sauberes SF₆-Gas für die Beblasung des Lichtbogens zur
Verfügung als bei herkömmlichen Leistungsschaltern, woraus
eine deutliche Steigerung des Ausschaltvermögens resultiert,
dabei ist der Aufwand für diese Verbesserung vergleichsweise
gering.
Bezugszeichenliste
1 Löschkammer
1a Mittelachse
2 Isoliergehäuse
3 Löschkammervolumen
4 feststehender Kontakt
5 beweglicher Kontakt
6 Kontaktelement
7 Schaft
8 Abströmkanal
9 Blasvolumen
10 Außenwand
11 Isolierdüse
12 Boden
13 Öffnungen
14 Ventilscheibe
15 Anschlag
16 Strömungskanal
17 Löschzone
18 Kolben
19 Kompressionszylinder
20 Zylinderboden
21 erstes Kompressionsvolumen
22 Hilfskolben
23 zweites Kompressionsvolumen
24 Öffnungen
25 Ventilscheibe
26 Öffnungen
27 Ventilscheibe
28 Wirkungslinie
29 erster Schenkel
30 Winkelhebel
31 Umlenkung
32 Lagerbolzen
33 Wirkungslinie
34 zweiter Schenkel
35 Volumen
36 Kolbenstange
37 Längsachse
38 Bolzen
39 Bund
40 Sprengring
41 Bolzen
42 Stange
43 Bolzen
44 Bund
45 Sprengring
H₁ Hub der Löschkammer
H₂ Hub des Hilfskolbens
s Weg
P₁, P₂ Druckverläufe
1a Mittelachse
2 Isoliergehäuse
3 Löschkammervolumen
4 feststehender Kontakt
5 beweglicher Kontakt
6 Kontaktelement
7 Schaft
8 Abströmkanal
9 Blasvolumen
10 Außenwand
11 Isolierdüse
12 Boden
13 Öffnungen
14 Ventilscheibe
15 Anschlag
16 Strömungskanal
17 Löschzone
18 Kolben
19 Kompressionszylinder
20 Zylinderboden
21 erstes Kompressionsvolumen
22 Hilfskolben
23 zweites Kompressionsvolumen
24 Öffnungen
25 Ventilscheibe
26 Öffnungen
27 Ventilscheibe
28 Wirkungslinie
29 erster Schenkel
30 Winkelhebel
31 Umlenkung
32 Lagerbolzen
33 Wirkungslinie
34 zweiter Schenkel
35 Volumen
36 Kolbenstange
37 Längsachse
38 Bolzen
39 Bund
40 Sprengring
41 Bolzen
42 Stange
43 Bolzen
44 Bund
45 Sprengring
H₁ Hub der Löschkammer
H₂ Hub des Hilfskolbens
s Weg
P₁, P₂ Druckverläufe
Claims (7)
1. Leistungsschalter mit mindestens einer zylindrisch
ausgebildeten Löschkammer (1), welche einen in der Regel
feststehenden Kontakt (4), einen beweglichen Kontakt (5)
und eine Löschzone (17) zwischen den beiden Kontakten
(4, 5) aufweist, mit einem mit einem Schaft (7) des
beweglichen Kontakts (5) fest verbundenen Blasvolumen (9),
welches festkontaktseitig durch eine von mindestens einem
Strömungskanal (16) durchsetzte Isolierdüse (11)
abgeschlossen wird, mit einem ersten Kompressionsvolumen
(21), welches mit dem Blasvolumen (9) und einem zweiten
Kompressionsvolumen (23) in Wirkverbindung steht, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß zwischen dem ersten (21) und dem zweiten Kompressionsvolumen (23) ein beweglicher Hilfskolben (22) vorgesehen ist, und
- - daß der Hilfskolben (22) über eine Umlenkung (31) mit dem beweglichen Kontakt (5) verbunden ist.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß die Umlenkung (31) mindestens einen auf einem feststehenden Lagerbolzen (32) drehbar gelagerten Winkelhebel (30) mit zwei Schenkeln (29, 34) aufweist,
- - daß der erste (29) der beiden Schenkel (29, 34) über eine Kolbenstange (36) gelenkig mit dem Hilfskolben (22) verbunden ist, und
- - daß der zweite (34) der beiden Schenkel (29, 34) über eine Stange (42) gelenkig mit dem Schaft (7) des beweglichen Kontakts (5) verbunden ist.
3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß auf dem Lagerbolzen (32) zwei Winkelhebel (30) gelagert sind von denen jeder mit einer Kolbenstange (36) und mit einer Stange (42) verbunden ist,
- - daß die beiden Stangen (42) durch einen Bolzen (43) mit dem Schaft (7) verbunden sind, wobei auf jeder Seite des Schafts (7) eine der Stangen (42) angeordnet ist, und
- - daß die beiden Kolbenstangen (36) ebenfalls auf beiden Seiten des Schafts (7) außerhalb des Bereichs der Stangen (42) zum Hilfskolben (22) geführt sind.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß die Umlenkung (31) so ausgelegt ist, daß sich der Hilfskolben (22) bei Beginn der Ausschaltbewegung entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Kontakts (5) bewegt, und
- - daß der Hilfskolben (22) sich nach einer Umkehr der Bewegungsrichtung in die gleiche Richtung bewegt wie der bewegliche Kontakt (5).
5. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß der Bewegungsverlauf des Hilfskolbens (22) mit Hilfe der Änderung der Längen der beiden Schenkel (29, 34) der Winkelhebel (30) an die jeweiligen Betriebsanforderungen anpaßbar ist.
6. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß der Hilfskolben (22) mit einem Rückschlagventil versehen ist, welches eine Gasströmung aus dem ersten Kompressionsvolumen (21) heraus in Richtung zweites Kompressionsvolumen (23) blockiert.
7. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß das Blasvolumen (9) mit einem ersten Überdruckventil versehen ist, welches für eine Druckentlastung in das erste Kompressionsvolumen (21) oder in das Löschkammervolumen (3) vorgesehen ist,
- - daß das erste Kompressionsvolumen (21) mit einem in den Hilfskolben (22) eingebauten zweiten Überdruckventil versehen ist, welches für eine Druckentlastung in das zweite Kompressionsvolumen (23) vorgesehen ist, und
- - daß das zweite Kompressionsvolumen (23) mit einem in den Zylinderboden (20) eingebauten dritten Überdruckventil versehen ist, welches für eine Druckentlastung in das Löschkammervolumen (3) vorgesehen ist.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19536673A DE19536673A1 (de) | 1995-09-30 | 1995-09-30 | Leistungsschalter |
US08/662,939 US5898149A (en) | 1995-09-30 | 1996-06-12 | Power circuit-breaker |
EP96810568A EP0766278A3 (de) | 1995-09-30 | 1996-08-28 | Leistungsschalter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19536673A DE19536673A1 (de) | 1995-09-30 | 1995-09-30 | Leistungsschalter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19536673A1 true DE19536673A1 (de) | 1997-04-03 |
Family
ID=7773817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19536673A Withdrawn DE19536673A1 (de) | 1995-09-30 | 1995-09-30 | Leistungsschalter |
Country Status (3)
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US (1) | US5898149A (de) |
EP (1) | EP0766278A3 (de) |
DE (1) | DE19536673A1 (de) |
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