DE2161507A1 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

? 161507

81-17.991P(17.992H) 10.12.1971

HITACHI Ltd.. Tokio (Japan)

Leistungsschalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsachalter, insbesondere auf einen Leistungsschalter mit einem elektromagnetischen Antriebsorgan zur Betätigung eines Gaskompressionsorgans des sogenannten Puffertyps, wobei ein beim Öffnen von Kontakten erzeugter Lichtbogen in Gegenwart einer Lichtbogenlösch-Gasatmosphäre beim Beginn eines UnterbrechungsVorgangs mittels des komprimierten und zum Lichtbogen gelenkten Gases ausgelöscht wird.

Ein elektromagnetischer Antriebsmechanismus der genannten Art zur Umwandlung der elektromagnetischen Energie eines Unterbrechungsströme in eine Kraft zum Komprimieren eines Lichtbogenlöschgases ist Gegenstand einer ausländischen Entwicklung, nach der die zwischen drei Spu-

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len erzeugten elektromagnetischen Anzieh- und Abstoßkräfte ausgenutzt werden, sowie einer weiteren Entwicklung, nach der der elektromagnetische Antriebsmechanismus eine Primärspule großer Axiallänge und einen Kurzschlußring bzw. eine Kurzschlußspule ebenfalls großer Axiallänge umfaßt, der bzw. die zur Primärspule passend angeordnet ist, womit die elektromagnetische Rückstoßkraft ausgenutzt wird, die durch einen in die Primärspule fließenden und einen im Kurzschlußring induzierten Strom unter Auslöschung des magnetischen Flusses aufgrund des in der Primärspule fließenden Stroms erzeugt wird. Diese Anordnung nach bisherigen Entwicklungen haben einen Vorteil, indem die elektromagnetische Kraft proportional zum Quadrat eines Unterbrechungsstromes ansteigt und so eine positive Zufuhr eines Hochdruckgases sichert, und ermöglichen offenbar, daß eine äußerst große elektromagnetische Kraft oder die Antriebskraft zum Unterbrechen eines starken Stromes erhältlich ist und so eine wirksame Unterbrechung gesichert wird. Tatsächlich gab es jedoch verschieden· Probleme bei den bisherigen Entwicklungen insofern, als, wenn die Kompression eines Gases optimiert wird, um sie großen Unterbrechungsströmen anzupassen (wie z. B. Kurzschlußströmen) , die verfügbare elektromagnetische Kraft bei mittelmäßigen oder geringen Stromwerten verringert ist und so eine wirksame Unterbrechung dann nicht gesichert werden kann, während andererseits im Fall einer solchen Optimierung in Anpassung an mittelmäßige oder geringe Ströme bei starken Unterbrechungsströmen dann ein· reichlich große elektromagnetische Kraft erzeugt wird, so daß sie ein· Ursache für Schwierigkeiten, wie Beschädigung der Primärspule, schwierige Erregung der Primärspule, große Reak-

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tionskraft an dem Kontaktbetätigungsmechanismus, Stoßbelastungen an verschiedenen Mechanismen der Vorrichtung usw. darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter zu entwickeln, der ein verbessertes elektromagnetisches Antriebsorgan aufweist und geeignet ist, eine wirksame Unterbrechung über einen Bereich von geringen und starken Unterbrechungsströmen zu bewirken. Außerdem soll das elektromagnetische Antriebsorgan so ausgelegt werden, daß das elektromagnetische Antriebskraftverhalten über die Antriebswegstrecke in bestimmter Weise eingestellt wird, um so die Induktanz der Primärspule zu dem Zeitpunkt zu unterdrücken, wo der zu unterbrechende Strom in die Primärspule abgeleitet wird. Weiter soll das Antriebsorgan so ausgelegt sein, daß, selbst wenn die vor dem Schließen der Kontakte auftretende Entladung einen Stromfluß in der Primärspule bewirkt, die erhaltene elektromagnetische Antriebskraft genügend geringgehalten wird, um einen weichen Schließbetrieb zu ermöglichen.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Leistungsschalter, der durch wenigstens ein Paar von zum Trennen zwecks Induktion eines Lichtbogens geeigneten Kontakten, ein elektromagnetisches Antriebsorgan alt einem beim Einfließen eines bestimmten Stromes abgestuften elektromagnetischen Antriebskraftverhalten, ein Organ zum Ableiten eines zu unterbrechenden Stroms in das elektromagnetische Antriebsorgan im Ansprechen auf einen Unterbrechungsbefehl, ein durch das elektromagnetische Antriebeorgan betätigbares Organ zum Komprimieren

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eines Lichtbogenlöschgases und eine Isolierdüse zum Richten eines durch das Kompressionsorgan erzeugten Hochdruckgases in den Lichtbogen gekennzeichnet ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels des Leistungsschalters gemäß der Erfindung, wobei ein Teil im Längsschnitt dargestellt ist;

Fig. 2 einen Längsschnitt zur Erläuterung der Unter-= brechereinheit des Leistungsschalters nach Fig. 1;

Fig. 3 a und 3 b Diagramme zur Erläuterung der Erzeugung der Antriebskraft durch das elektromagnetische Antriebsorgan des Leistungsschalters nach Fig. 2;

Fig. h ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem elektromagnetischen Gesamtantriebskraftverhalten und der Stromunterbrechung;

Fig. 5 a - 5 d schematische Längsschnittansichten verschiedener Abwandlungen des elektromagnetischen Antriebsorgans im Leistungsschalter nach Fig. 1;

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Fig. 6 einen Längsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels des Leistungsschalters gemäß der Erfindung, wobei-nur die Unterbrechereinheit dargestellt ist;

Fig. 7 eine Perspektivansicht eines Bestandteils des Leistungsschalters nach Fig. 6, wobei ein Teil weggebrochen ist; und

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der elektromagnetischen Gesamtantriebskraft und der Stromunterbrechung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Leistungsschalters gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 enthält ein geerdeter Tank 1 Schwefelhexafluorid (SF^), das darin unter einem Druck von z. B. 3,5 kg/cm dicht eingeschlossen ist, und in dieser Atmosphäre eine Unterbrechereinheit 2, die hier nicht in Einzelheiten dargestellt ist. Diese Einheit 2 ist isoliert und wird von einem Isolierträger 3 gehalten. Strom wird der-Unterbrechereinheit 2 mittels eines Paares von Einführungen k und 5 zugeführt.

Die Einführungen sind im Aufbau einander ähnlich, und wie sich aus der Fig. 1, die die Einführung 5 im Schnitt zeigt, ergibt, weist die Einführung 5 eine Klemmenleiste 6, eine Tellerstufen-Hülse 7, ein Metallrohr 8, einen Leiter 9 und ein Isolierabstandsstück 10 auf, und der Leiter 9

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ist gegenüber dem Metallrohr und dem geerdeten Tank 1 durch die Hülse 7 und das Isolierabstandsstück 10 isoliert.

Die Einführungen k und 5 sind mit dem gleichen ^ Gas gefüllt, welches dicht im geerdeten Tank 1 eingeschlossen ist.

Ein Stromwandler 11 ist weiter am äußeren Umfang des Metallrohrs 8 montiert, um den Durchgang eines übermäßigen Stromes durch den Leiter 9 zu erfassen. Die beweglichen Teile der Unterbrechereinheit 2 werden in entweder der Schließrichtung oder der Unterbrecherrichtung durch ein Schalthebelwerk betätigt, das an der Außenseite des geerdeten Tanks 1 vorgesehen ist und einen Schalthebel 13» der sich durch eine luftdichte Kammer 12 an einem Ende des geerdeten Tanks 1 erstreckt, und eine Isolierstange umfaßt, die mit dem Schalthebel 13 verbunden ist.

Es soll nun der Aufbau der Unterbrechereinheit 2 im einzelnen anhand der Fig. 2 erläutert werden.

In dieser Figur sind ein beweglicher Hauptkontakt und ein beweglicher Abreißkontakt 23 gegenüber und koaxial zu einem hohlen festen Schaltstück 21 angeordnet, das elektrisch mit dem Leiter in der Einführung k verbunden ist, wobei die Kontakte 22 und 23 an einer elektrisch leitenden Schaltetange 2k angebracht sind. Die Schaltstange 2k selbst ist mit der Isolierstange 14 durch ein geeignetes Befestigungselement 25 verbunden. Die Schaltstange 2k trägt einen Pufferzylinder 26 und einen Pufferkolben 28, die das Kompressororgan 27 darstellen, wobei der Pufferzylinder

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am geerdeten Tank 1 mittels eines Kurzschlußringes 29 und des Isolierträgers 3 befestigt ist. Der Pufferkolben 28 und der Kurzschlußring 29 sind einstückig aus elektrisch leitendem Metall gebildet, und ein Stromabnehmer 30 ist zwischen dem Pufferkolben 28 und der Schaltstange 2h angeordnet.

So strömt bei Vorliegen des Leistungsschalters im Schließzustand Strom in einem Strompfad durch das feste Schaltstück 21, den beweglichen Hauptkontakt 22, die Schaltstange 24, den Stromabnehmer 30» den Pufferkolben

28 und den Kurzschlußring 29.

Die Schaltstange Zh ist über eine Verstrebung 31 mit einer Primärspule 32 versehen, die mit dem Kurzschlußring

29 ein elektromagnetisches Antriebsorgan bildet, und so ist ein Strompfad durch die Schaltstange 2h, die Verstrebung 31» die Primärspule 32, einen Stromabnehmer 3h und den Kurzschlußring 29 über eine Gleitplatte 33 vorgesehen, die an der Außenseite der Primärspule 32 montiert ist, wobei der Stromabnehmer 3^ am äußeren Ende des Kurzschlußringes 29 angeordnet ist. Wenn jedoch der Leistungsschalter in der Schließstellung ist, fließt der größte Teil des Stroms aufgrund der Induktanz der Primärspule 32 durch den ersterwähnten Strompfad. Die Ableitung eines Stroms in den letzteren Strompfad findet statt, wenn eine Isolierschicht 35» die auf einem Teil des Außenumfangs der Schaltstange 2h angebracht ist, beim Unterbrechungsvorgang den Strompfad zwischen der Schaltstange 24 und dem Stromabnehmer 30 unterbricht.

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Wenn ein Unterbrechungsbefehl so gegeben wird, daß der bewegliche Hauptkontakt 22 und der Abreiß- oder Lichtbogenkontakt 23· von dem festen Schaltstück 21 mittels der Isolierstange 14 und der Schaltstange 2k getrennt werden, wird ein Lichtbogen zwischen dem festen Schaltstück 21 und dem beweglichen Lichtbogenkontakt 23 erzeugt. Andererseits bewirkt die Bewegung der Schaltstange 24, wie schon erwähnt, einen Stromfluß durch die Primärspule 32, und eine zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußring 29 erzeugte elektromagnetische Rückstoßkraft wird mittels der Verstrebung 31 auf die Schaltstange 2k Übertragen, so daß der Pufferzylinder 26 stark bewegt und so SF^-Gas im Kompreßorgan 27 komprimiert wird, so daß Hochdruckgas entsteht, das seinerseits durch eine Isolierdüse 36 in den Lichtbogen zwischen den Kontakten gerichtet wird und so den Lichtbogen, löscht und die Unterbrechung vollendet.

Die zwischen dem Kurzschlußring 29 und der Primärspule 32 erzeugte elektromagnetische Abstoßung soll nun unter Bezugnahme auf die Figuren 3a und 3b erläutert werden.

Wie in Fig. 3a gezeigt ist, weist die Primärspule 32 den Spulendraht in gleichem Abstand gewickelt und als Ganzes z. B. mittels einer Formmasse zu einer Spule eingeformt auf. Andererseits umfaßt der Kurzschlußring 29 die beiden Kurzschlußringabschnitte 29a und 29b, die gegenüber der Primärspule 32 verschiedene Abstände haben. In der Figur sind der am Kurzschlußring 29 angebrachte Stromabnehmer 3k und die an der Primärspule 32 montierte Gleitplatte 33 ausgelassen.

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Wenn ein bestimmter Strom durch die Primärspule 32 fließt, wird eine elektromagnetische Abstoßkraft zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußring 29 erzeugt, jedoch weichen die Werte der einerseits im Kurzschlußringabschnitt 29a und andererseits im Kurzschlußringabschnitt 29b induzierten Ströme aufgrund der verschiedenen Abstände zwischen diesen Abschnitten und der Priniärspule 32 voneinander ab. Zur Vereinfachung der Erläuterung sei hier angenommen, daß die Kurzschlußringabschnitte 29a und 29b getrennt vorgesehen sind. Wenn sich dann die Mitte der Primärspule 32 nach rechts der Mittelachse oC des Kurzschlußringabschnitts 29a bewegt, ergibt sich, daß die zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußringabschnitt 29a erzeugte elektromagnetische Rückstoßkraft in einer Kraft resultiert, die dazu neigt, die Primärspule 32 nach rechts zu treiben, während, wenn die Mitte der Primärspule 32 nach links der Mittelachse des Kurzschiußringabschnitts 29a kommt, die dazwischen erzeugte elektromagnetische Rückstoßkraft dazu neigt, die Priniärspule 32 nach links zu treiben. Wenn man so in Fig. 3b den rechtsgerichteten Antrieb der Primärspule 32 im oberen Teil über der Strichellinie und den linksgerichteten Antrieb der Primärspule im unteren Teil unterhalb der Strichellinie dargestellt annimmt, ergibt sich, falls dann die Primärspule 32 in Axialrichtung der Schaltstange 2k bewegt wird und die Werte der elektromagnetischen Rückstoßkraft an den verschiedenen Punkten erhalten und durch eine Kurve dargestellt werden, das elektromagnetische Rückstoßkraftverhalten so, wie es durch die Strichellinie A in Fig. 3b gezeigt ist. In ähnlicher Weise läßt sich das elektromagnetische Ruckstoßkraftverha.lten zwischen der

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Primärapule 32 und dem Kurzschlußringabschnitt 29b durch eine mit B bezeichnete Kurve darstellen.

Ein Vergleich zwischen diesen beiden Verhaltenskurven zeigt, daß der Maximalwert der Kurve A niedriger als der der Kurve B ist, da der Abstand zwischen dem Kurzschlußringabschnitt 29a und der Primärspule 32 größer als der Abstand zwischen dem Kurzschlußringabschnitt 29b und der Primärspule 32 ist.

Da tatsächlich die Primärspulβ 32 die Schaltstange Zh betätigt, läßt sich die Antriebskraft durch Kombination der Kurven A und B wiedergeben* und das Gesantverhalten ist so, wie es in Fig. 3b durch die ausgezogene Kurve C dargestellt ist.

Unter der Annahme, daß das Ausmaß der Bewegung der Primärspule 32 zwischen einer Stellung X und einer rechten Stellung Y auf der Strichellinie in Fig. 3b begrenzt ist» wird ohne weiteres klar, daß sich das elektromagnetische Gesaratrückstoßkraftverhalten,das zwischen den Kursschlußring 29 und der Primärspule 32 erhalten wird, durch eine abgestufte Kurve wiedergeben läßt.

Erfindungsgemäß werden die Antriebskräfte entsprechend den gestuften Teilen des elektromagnetischen GesantrUckstoßkraftverhaltens für den Zweck des Komprinierens eines Lichtbogenlöechgaaea ausgenutzt.

Hierfür lassen sich der Trennabstand zwischen den festen Schaltstück 21 und den beweglichen Lichtbogenkon-

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takt 23 praktisch als Summe des Abstandes zwischen den Stellungen X und Y und des Abstandes wiedergeben, der von der Primärspule 32 vor dem Zeitpunkt durcheilt wird, in dem ein Unterbre chungs s tr cm in die Primärspule 32 abgeleitet wird.

Es soll nun die Beziehung zwischen der abgestuften elektromagnetischen Antriebskraft (Rückstoßkraft) und der Stromunterbrechung anhand der Fig. h erläutert werden.

In Fig. h zeigen die Kurven D und E die für verschiedene durch die Primärspule 32 fließenden Stromwerte erhältlichen elektromagnetischen Antriebskräfte, und die Antriebskräfte sind, wie schon erwähnt, proportional dem Quadrat der Ströme. So versteht man ohne weiteres, daß die Kurve D das elektromagnetische Antriebskraftverhalten für die schwachen Ströme und die Kurve E das Verhalten für die starken Ströme zeigt und daß sich die Verhaltenskurve mit der Variation der Stromstärke von der Kurve D zur Kurve E und umgekehrt verlagert.

In diesem Zusammenhang zeigt das. Diagramm nach Fig. 3b die Beziehung zwischen der Verschiebung in der Antriebsrichtung und der elektromagnetischen Antriebskraft. Mit anderen Worten kann man annehmen, daß die Fig. 3b die Kurven zeigt, die erhältlich sind, wenn die Primärspule 32 mit konstanter Geschwindigkeit gegenüber dem Kurzschlußring 29 bewegt wird.

Falls jedoch die elektromagnetische Antriebskraft zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußring 29 so er-

zeugt wird, daß die Priniärspule 32 dadurch beschleunigt wird, wächst die elektromagnetische Antriebskraft, wie der durch die Primärspule 32 fließende Strom wächst, und so erhöht sich auch die Bewegungsgeschwindigkeit der Primärspule 32. Die Verhaltenskurve nimmt daher eine komprimierte Form bezüglich der Zeit an. In Fig. k zeigen die Verhaltenskurven D und E das jeweilige elektromagnetische Antriebskraftverhalten unter Berücksichtigung der genannten Änderungen mit der Zeit aufgrund der Änderting der Stroms tärkewerte.

Zu Fig. k sei nun festgestellt, daß, da der Strom, der in den Leistungsschalter fließt, ein Wechselstrom ist, sich der Wert des Stroms periodisch mit der Zeit immer wieder ändert, wie durch eine Kurve F gezeigt ist, und sich so die tatsächliche elektromagnetische Antriebskraft mit dem Zeitverlauf ändert, wie durch die Kurven G und H gezeigt ist.

Wenn ein Lichtbogen entsteht, wird dieser mittels Einblasens eines wahrend einer bestimmten Zeitdauer in diesen gerichteten Lichtbogenlöschgases gekühlt und gelöscht. Wenn man dann annimmt, daß eine gerade Linie I die Antriebskraft (elektromagnetische Rückstoßkraft) zur Schaffung eines erforderlichen Gasdruckes zur Sicherung zwangsläufiger Unterbrechung darstellt, wird der Strom an einem Punkt in der Nähe des ersten Stromnullpunkts t₁ nach dem Beginn des Unterbrechungsvorgangs in die Primärspule 32 abgeleitet, so daß eine elektromagnetische Rückstoßkraft erzeugt wird. Jedoch wird dabei aufgrund der Stellung der

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bewegten Primärspule 32 zu dieser Zeit keine große elektromagnetische Antriebskraft erhalten, und so ergibt sich selbst beim zweiten Stromnullpunkt t„ für die Kontakte 21 und 23 noch keine Löschung des Lichtbogens, sondern der Lichtbogen bleibt bestehen. Wenn die Primärspule 32 noch weiter bewegt wird, so daß die elektromagnetische Antriebskraft schrittweise ansteigt und ggf. die gerade Linie I überschreitet, wird ein starker Blasstrom von Gas in den Lichtbogen gerichtet, so daß er an einem Punkt nahe dem dritten Stromnullpunkt t„ gelöscht wird. Die Stromwellenform zu dieser Zeit ist in der Fig. bei F^ gezeigt.

Wenn ein starker Strom zu unterbrechen ist, übersteigt die entsprechend der Kurve H erzeugte elektromagnetische Antriebskraft leicht die gerade Linie I, und so wird die Löschung des Lichtbogens leicht an einem Punkt nahe dem ersten Stromnullpunkt t„ nach der Ableitung des Stroms bewirkt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß erfindungsgemäß die Löschung des Lichtbogens und das Unterbrechen des Stroms leicht über einen weiten Bereich von Stromstärken von kleinen bis zu sehr großen Stromwerten erzielbar sind.

Andererseits nehmen die elektromagnetischen Antriebskraftverhai tenskurven D und E im wesentlichen die abgestuften Verläufe ein, und daher gibt es keinen großen Unterschied der maximalen elektromagnetischen Kräfte während der ersten und der zweiten Unterbrechungsperiode, auch wenn eine beträchtliche Änderung in der Kontakttrennphase vorliegt.

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Aus diesem Grund ist der Leistungsachalter gemäß der Erfindung geeignet, den Vorteil stabiler elektromagnetischer Kräfte auszunutzen, die nicht von der Kontakttrennphaae abhängen.

Es soll jetzt die Ableitung eines Stromes in die Pri~ märspule 32 betrachtet werden. In den Fällen der elektromagnetischen Antriebskraftverhaltenskurven D und £ in Fig. h sind die elektromagnetischen Antriebskräfte während der Anfangsperiode des Unterbrechungsvorgangs beträchtlich P kleiner als die während der späteren Periode des ünter brechungsvorgänge. Dies ergibt sich aufgrund einer weiten Überlappung zwischen der Primärspule 32 und dem Kuraschlußring 291 woraus die Tatsache folgt, daß die wesentliche Induktanz der Primärspule 32 während der Anfangsperiode gering ist. Dies bedeutet seinerseits, daß die Ableitung eines Unterbrechungsstromes, d. h. auch die Erregung der Primär spule 32 nach dem Beginn des Unterbrechungsvorgangs leicht vollendet werden kann. Dies hat die Wirkung, daß die Stromableitstellung und damit der Aufbau des Unterbrechungsmechanismus am Stromabnehmer 30 und der Isolierschicht 35 einfacher gemacht werden kann.

Es sollen nun die elektromagnetischen Kräfte untersucht werden, die auf die Primär»pulβ 32 wirken. Eine der elektromagnetischen Kräfte ist die Antriebskraft in der Axialrichtung, die zwischen dem Kurzschlußring 29 und der Primärspule 32 im ganzen wirkt, und zusätzlich liegen eine elektromagnetische Kraft aufgrund des Stromes, der durch die Primärspule 32 fließt und eine Ausdehnung der Spule

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selbst hervorruft, sowie noch eine elektromagnetische Kraft vor, die die Primärspule 32 aufgrund der im äußeren Kurzschlußring 29 und der inneren Primärspule 32 in entgegengesetzten Richtung fließenden Ströme zusammenzupressen sucht. Die letzteren beiden elektromagnetischen Kräfte wirken in Radialrichtungen und werden so nicht zur Betätigung des Kompressionsorgans ausgenutzt, sondern sie sind eher ungünstige elektromagnetische Kräfte, die Schäden an der Primärspule 32 hervorrufen können.

Erfindungsgemäß wird, insbesondere wenn ein starker Strom zu unterbrechen ist, eine Stellung in einem verhältnismäßig früheren Stadium verwendet, und daher überlappen sich die Primärspule 32 und der Kurzschlußring 29 erheblich. Dies bewirkt einen Aufhebungseffekt zwischen der elektromagnetischen Kraft, die eine Expansion der Primärspule 32 hervorruft, und der durch den Strom im Kurzschlußring 29 verursachten elektromagnetischen Kraft, die die Primärspule 32 zu zerdrücken sucht, wodurch die radialen elektromagnetischen Kräfte, die zu einer Beschädigung der Primärspule 32 neigen, wesentlich verringert werden.

Es ist daher nicht erforderlich, die Primärspule 32 so feet und stabil wie solche bisher entwickelter Vorrichtungen zu bauen, und so läßt sich das Gewicht der beweglichen Teile verringern und es dadurch möglich machen, die verfügbare elektromagnetisch· Antriebskraft mehr zur Gaskompression auszunutzen.

Der SchließVorgang wird vollendet, wenn die Schaltstange 24 zur dargestellten Stellung zurückkehrt und der

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bewegliche Hauptkontakt 22 am festen Schaltstück 21 anliegt. Dabei wird, wenn sich die Kontakte 21 und 22 einander annähern, eine Entladung vor· dem Schließen verursacht, da die Schaltkreisspannung vorher zwischen den Kontakten 21 und 22 entwickelt wurde. Diese Vorabentladung erregt die Primärspule 32 wieder, so daß eine elektromagnetische Rückstoßkraft zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußring 29 erzeugt wird und so aufgrund der Tatsache, daß die Primärspule 32 direkt mit der Schaltstange Zk verbunden ist, eine Gefahr besteht, daß die erzeugte elektromagnetische Rückstoßkraft der Betätigungskraft entgegenzuwirken sucht und es so unmöglich macht, das Schließen zu vollenden. Erfindungsgemäß ist dagegen die in der Stellung des Auftretens der Vorabentladung erzeugte elektromagnetische Rückstoßkraft, d. h. an der dem frühen Stadium des Unterbrechungsvorganges entsprechenden Stelle verhältnismäßig klein, und so verursacht sie keinen Nachteil oder Ausfall des Schließvorgangs. Dies verringert beträchtlich den unerwünschten Effekt auf den Unterbrechungsvorgang anschließend an den Schließvorgang.

Die Figuren 5a - 5d erläutern verschiedene Kombinationen von elektromagnetischen Antriebsorganen für verschiedene abgestufte elektromagnetische Antriebskraftverhai tenserfordern!s se.

In Fig. 5a ist eine Primärspule 51 mit einer erhöhten Zahl von Windungen in ihrem linken Teil auf der Schaltstange Zk über die Verstrebung 3I montiert, um mit einem zylindrischen Kurzschlußring 50 zusammenzuwirken»

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In Fig. 51» ist eine abgestufte Primärspule 61 ähnlich auf der Schaltstange Zh über die Verstrebung 31 zum Zusammenwirken mit einem zylindrischen Kursschlußring OO montiert.

In Fig. 5c ist ein im Halbschnitt L-förmiger Kurzschlußring 70 einer ähnlich L-förmigen Primärspule 71 zugeordnet, und es liegt das Merkmal vor, daß der Abstand zwischen dem Kurzschlußring 70 und der Primärspule 71 an deren Flanschteilen erhöht ist.

In Fig. 5d ist eine konische Primärspule 81 mit einem zylindrischen Kurzschlußring 80 kombiniert. In dieser Kombination ändert sich der Abstand zwischen dem Kurzschlußring 80 und der Primärspule 81 linear. Wenn man jedoch die Spulenabschnitte 81a, 81b und 81c, die die linke Hälfte darstellen, und andererseits die Spulenabschnitte 8id, 8ie und 8if, die die rechte Hälfte der Primärspule 81 darstellen, jeweils als Gruppe nimmt und die Durchschnittsantriebskräfte betrachtet, die durch diese Gruppen erzeugt werden, ist leicht einzusehen, daß diese Kombination der Anordnung nach Fig. 5b äquivalent ist.

Während die Anordnung und der Aufbau des Kurzschlußringes und der Primärspule in diesen Kombinationen nicht gleich sind, erzeugen, wenn die jeweiligen Kombinationen zu Gruppen analysiert und die durch diese Gruppen erzeugten elektromagnetischen Antriebskräfte als ganze betrachtet werden, diese Kombinationen im wesentlichen abgestufte elektromagnetischen Gesamtantriebskräfte.

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Zusätzlich sind verschiedene andere Formen des elektromagnetischen Antriebsorgans, die zur Erzeugung abgestufter elektromagnetischer Antriebskräfte geeignet sind, vorstellbar.

In Fig. 6 ist die Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters gemäß einem anderen Beispiel der Erfindung dargestellt, wobei das elektromagnetische Antriebsorgan mit dem erforderlichen abgestuften elektromagnetischen Antriebskraftverhalten durch Verwendung von Metallen verschiedener Eigenschaften für die elektromagnetischen Antriebsteile, und zwar den Kurzschlußring ausgelegt ist. Bei dieser Unterbrechereinheit besteht der Pufferkolben aus einem sogenannten schwimmenden Puffertypkolben, der sich frei zum Pufferzylinder bewegen kann.

In der Figur sind gegenüber einem festen Schaltstück 101 ein beweglicher Hauptkontakt 1O2 und ein beweglicher Lichtbo'genkontakt 103» der zur Ausführung eines Wischvorgangs geeignet ist, an einer elektrischleitenden Schaltstange 104 angebracht, die mit einer Isolierstange 105 mittels eines Befestigungselementes 106, wie z. B. eines Bolzens, verbunden ist.

An der Kontaktseite der Schaltstange 10k ist ein elektrischleitender Pufferzylinder 107 angeordnet, und eine Isolierschicht 108 ist auf dem Außenumfang des Pufferzylinders 107 mit Ausnahme eine· Teils davon ausgebildet.

Am restlichen Teil der S ehalt stange 104 iet ein Stront-

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ableitorgan 109 vorgesehen. Wie Fig. 7 zeigt, umfaßt das Stromableitorgan 109 Stromabnehmer 110 und Stützführungsplatten 111 für den Pufferzylinder 107, die abwechselnd am Umfang angeordnet sind, und sowohl die Stromabnehmer 110 als auch die Führungsplatten 111 sind ebenfalls getrennt am Isolierträger 112 angebracht.

Die Vorderenden der Stützführungsplatten 111 sind an einem Ringstück 113 mit einem L-förmigen Querschnitt durch Befestigungselemente 11*J, wie z. B. Schrauben oder Bolzen, angebracht, und so wirken die Platten 111 mit dem Ringstück 113 zusammen, um den Pufferzylinder 107 sicher festzuhalten.

Federn 115 sind in der Radialrichtung zwischen dem Ringstück 113 und den Stromabnehmern 110 angebracht, um die eindeutige elektrische Verbindung zwischen dem Pufferzylinder 107 und den Stromabnehmern 11O zu sichern.

Während dieses Stromabiextorgan t09 eine Schlitzlichtbogenlöschung in der im folgenden beschriebenen Art ausführt, wenn die Unterbrechung des Stroms zu bewirken ist, lassen sich, falls Schaden an den Stromabnehmern aufgrund der Schlitzlichtbogenlöschung befürchtet wird oder aufgetreten ist, die Stromabnehmer 110 durch einfaches Entfernen des Ringstückes 113 leicht überprüfen und ersetzen.

Wie Fig. 6 zeigt, sind die Stromabnehmer 110 an ihrer Innenseite mit einer Isolierschicht 116 versehen. So bewirken, während der Pufferzylinder 107 und die Stromab-

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nehmer 110 untereinander während des dargestellten Schließvorgangs verbunden bleiben, im Laufe des Unterbrechungsvorgangs sowohl die Isolierschicht-108 als auch die Isolierschichten 116 die·Schlitzlichtbogenlöschung, so daß der Strompfad zwischen dem Pufferzylinder 107 und den Stromabnehmern 110 unterbrochen wird.

Die Schaltstange 105 trägt eine Primärspule 118, die an ihrem anderen Ende über eine elektrischleitende Verstrebung 117 montiert ist, und das andere Ende der Primärspule 118 steht über einen Stromabnehmer 119 mit einer Gleitkontaktplatte 120 in Verbindung, die elektrisch mit den Stromabnehmern 110 verbunden ist»

Der Isolierträger 112 ist an seinem Ende mit einem Anschlagorgan 121 versehen, und ein Kurzschlußring 122 ist so angeordnet, daß er mit dem Anschlagorgan 121 abschneidet und gegenüber der Primärspule 118 liegt.

Der Kurzschlußring 122 ist mit einem Pufferkolben einstückig ausgebildet, der zur Schaltstange 104 mittels einer Feder 124 schwimmend angeordnet ist, die zwischen dem Pufferkolben 123 und dem Pufferzylinder 107 angebracht ist.

Der Kurzschlußring 122 weicht von dem Kurzschlußring 29 nach Fig. 2 ab und ist vollkommen zylindrisch ohne Abstufung. Statt dessen umfaßt der Kurzschlußring 122 einen Teilabschnitt 122a und einen Teilabschnitt 122b, die z. B. aus Kupfer bzw. Aluminiumlegierung bestehen.

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Die Leitfähigkeit des Kupfers ist von der der Aluminiumlegierung verschieden-, und so sind, wenn ein Strom in die Primärspule 118 fließt, die Werte der in den beiden Teilabschnitten 122a und 122b induzierten Ströme aufgrund der Differenz ihrer Widerstandswerte nicht identisch. Aus diesem Grund hat der Kurzschlußring 122 die gleiche Wirkung wie der abgestufte Kurzschlußring 29 in Fig. 2, d. h. daß das gesamte elektromagnetische Antriebskraftverhalten auch dieses Ausführungsbeispiels einen abgestuften Verlauf entsprechend etwa Fig. 3 aufweist.

Wenn eine Unterbrechung vorzunehmen ist, so daß die Schaltstangen 105 und 104 bewirken, daß sich der bewegliche Hauptkontakt 102 von dem festen Schaltstück 101 trennt und sich dann der bewegliche Kontakt 103 vom festen Schaltstück 101 entfernt, nachdem er seine Wischfunktion ausgeübt hat, wird ein Lichtbogen gebildet und zwischen dem festen Schaltstück 101 und dem Lichtbogenkontakt 103 gezogen. Gleichzeitig wird, wie weiter oben erwähnt, der Strompfad durch den Pufferzylinder 10? und die Stromabnehmer 110 unterbrochen, so daß ein Stromfluß durch die Primärspule 118, den Stromabnehmer 119 und die Gleitkontaktplatte 120 hervorgerufen wird. Dieser Stromfluß durch die Primärspule 118 erzeugt eine elektromagnetische Rückstoßkraft zwischen der Primärspule 118 und dem Kurzschlußring 122, so daß der Pufferkolben 123 gegen die Feder 124 nach links bewegt wird und so der Raum, der durch den Pufferkolben zusammen mit dem Pufferzylinder 107 definiert wird, in der im unteren Teil von Fig. 6 gezeigten Weise verringert wird. Wenn dies der Fall ist, wird eine

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SF^-Gasmenge komprimiert und durch eine Isolierdüse 125 in den Lichtbogen gerichtet, wodurch der-Lichtbogen abgekühlt und gelöscht und so die Unterbrechung vollendet wird.

Während die Beziehung zwischen der abgestuften elektromagnetischen Antriebskraft und der Strorattnterbrecfaung in Fig. k in Abhängigkeit vom Wert des Fehlerstrome gezeigt wurde, ist es möglich, daß eine übermäßig große elektromagnetische Antriebskraft erzeugt wird, so daß das !Compressionsorgan an einem hinsichtlich der Stromänderung zu früher Punkt betätigt wird» d. h. daß der KoznpressionsVorgang an einem Punkt lange Zeit vor dem Stromnullpunkt endet.

Xn Fig. 8 ist die Beziehung zwischen der elektromagnetischen Antriebskraft und der Stromunterbraehung gezeigt, wo die Erzeugung einer übermäßig großen elektromagnetischen Antriebskraft verhindert und so das Kompressionsorgan unter Anwendung einer geeigneten Kombination des Kurz schlußringe s und der Primärspule, wie z. B. einer Kombination von zwei Kurzschlußringen und zwei Primärspulen, mit geeigneter Geschwindigkeit hinsichtlich der Stromänderung betätigt wird.

In der Figur nehmen, wie durch die Kurven O₁ und E, gezeigt ist, die elektromagnetischen Antriebskraftverläufe, die für einen Bereich von geringen Strömen und für einen Bereich von sehr starken Strömen erhältlich sind, wenn ein bestimmter Stromfluß in der Primärspule vorliegt, Formen an, die gut als solche anzusehen sind, die zwei Spitzen

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mit verschiedenen Maximalwerten anstatt der Stufenformen umfassen. Da dann ein Wechselstrom in die Primärspule fließt, stellt die Kurve G₁ das elektromagnetische Antriebskraft-verhalten für die kleinen Ströme dar, während die Kurve H₁ das elektromagnetische Antriebskraftverhalten für die sehr starken Ströme darstellt.

In Fig. 8 sind die Kurven unter gleichen Überlegungen wie im Fall von Fig. h gezogen, und die identischen Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder äquivalente Dinge wie in Fig. k.

In dieser Figur liegt, während die Beziehung zwischen der elektromagnetischen Antriebskraft und der Stromwellenform im wesentlichen die gleiche wie in Fig. h ist, wie man insbesondere aus der Kurve H₁ für die bei sehr großen Stromstärken erzeugte elektromagnetische Antriebskraft entnimmt, ein Tiefpunkt in der Stromhalbwelle nahe ihrer Mitte vor, und dies begrenzt beträchtlich die dem Xompressionsorgan zugeführte Antriebskraft. So wird das Kompressionsorgan durch eine Antriebskraft betätigt, die der Stromwellenform entspricht, wodurch einwirksameβ Ausblasen von komprimiertem Gas zur Vollendung der Unterbrechung gesichert ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird offenbar, daß erfindungsgemäß das Auftreten einer übermäßig großen elektromagnetischen Antriebskraft verhindert werden kann, auch wenn die Stärke eines zu unterbrechenden Stromes groß ist. So wird über einen Bereich sowohl geringer als auch star-

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ker Ströme ein wirksames Ausblasen von komprimiertem Gas in einen Lichtbogen zum Kühlen und Löschen desselben gesichert.

Außerdem ermöglicht das Unterdrücken der Anfangsinduktanz der Primärspule eine wirksame Ableitung eines zu unterbrechenden Stromes in die Primärspule.

Schließlich führt, da während des Anfangsstadiums des Antriebs eine kleine elektromagnetische Antriebskraft vorliegt, das Auftreten von Entladung vor dem Schließvorgang nicht zu einer Kraft, die den Schließvorgang verhindern würde, so daß ein weicher Verlauf des Schließvorgangs erreichbar ist.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   O.

   1./Leistungsschalter, gekennzeichnet durch wenigstens ein Paar von zum Trennen zwecks Induktion eines Lichtbogens geeigneten Kontakten (z. B. 21 - 23), ein elektromagnetisches Antriebsorgan (z. B. 32, 29) mit einem beim Einfließen eines bestimmten Stromes abgestuften elektromagnetischen Antriebskraftverhalten, ein Organ (ζ, B. 2k, 35) zum Ableiten eines zu unterbrechenden Stroms in das elektromagnetische Antriebsorgan im Ansprechen auf einen Unterbrechungsbefehl, ein durch das elektromagnetische Antrie'bsorgar? bstätigbares Organ (z„ B₀ 27) zum Komprimieren eines Lichtbog-anlöschgases und eine Isolierdüse (zo B. 3^) zum Richten eines durch das Kompressionsorgan erzeugten Hochdruckgases in den Lichtbogen*

   2, Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Antriebsorgan cine Kombination von wenigstens zwei elektromagnetischen Antriebsteilen umfaßt, die durch eine Primärspule (z. B. 32), in die man den Unterbrechung^strom fließen läßt, und einen Kurzschlußring (ζ. B. 29) oder eine Kurzschlußspule gebildet sind, der bzw» die elektromagnetisch mit der Primärspule so gekoppelt ist, daß beim Fließen eines bestimmten Stromes in der Primärspule das Verhalten der Summe der elektromagnetischen Antriebskräfte, die zwischen der Primärspule und dem Kurzschlußring oder der KurzSchlußspule erzeugt werden, den abgestuften Verlauf aufweist.

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   3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dai.i die Primärspule (32) zylindrisch ist und der Kurzschlußring (29) die Form eines abgestuften Zylinders aufweist.

   h. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule (118) zylindrisch ist und der Kurzschlußring ( 122) die Form eines aus zwei in Axialrichtung mechanisch miteinander verbundenen zylindrischen Teilabschnitten (i22a, 122b) aus untereinander verschiede-P nen metallischen Materialien bestehenden Zylinders aufweist.

   5. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Antriebskraftverhalten des elektromagnetischen Antriebsorgans (z. B. 32, 29) einen mit der Zeit ansteigenden Stufenverlauf aufweist (Fig. 3b).

   6. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Antriebskraftverhalten des elektromagnetischen Antriebsorgans einen Verlauf mit zwei Spitzenwerten verschiedener Höhe aufweist, wobei der niedrigere Spitzenwert im zeitlichen Ablauf während der Anfangsperiode auftritt (Fig. 8).

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