DE2161507C3 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsschalter mit einem Paar von Kontaktstücken, mit einem elektrodynamischen Antrieb, der aus einer vom zu unterbrechenden Strom durchflossenen Primärspule und einem bzw. einer elektrodynamisch gekoppelten Kurz-507

schlußring bzw. -spule besteht, zum Antrieb des beweglichen Kontaktstückes, mit einer durch den elektrodynamischen Antrieb betätigbaren Blaseinrichtung und mit einer Düse zum Richte.·! eines durch die Blaseinrichtung erzeugten Lichtbogenlöschgasstromes in den Lichtbogen.

Es ist ein solcher Leistungsschalter bekannt (DT-PS 6 90 055). bei dem der druckerzeugende Antrieb der Blaseinrichtung zunächst durch die Kraft einer Feder und dann in steigendem Maße durch die Kraft eines vom Abschaltstrom durchflossenen Elektromagneten oder einer davon durchflossenen Primärspule erhalten

Es ist außerdem ein entsprechender elektrodynamischer Antrieb zur Umwandlung der elektrodynamischen Energie eines zu unterbrechenden Stromes in eine Kraft zum Komprimieren eines Lichtbogenlöschgases ohne zusätzliche Federkraft bekannt (US-PS 35 31 608), bei dem die zwischen drei Spulen erzeugten elektrodynamischen Anziehungs- und Abstoßungskräfte ausgenutzt werden.

Diese bekannten Anordnungen haben einen Vorteil, indem die ausgenutzte elektrodynamische Kraft proportional zum Quadrat des zu unterbrechenden Stromes ansteigt und so eine sichere Zufuhr des Hochdruckgases gewährleistet, und ermöglichen offenbar, daß eine äußerst große elektrodynamische Kraft oder die Antriebskraft zum Unterbrechen eines starken Stromes erhältlich ist und so eine wirksame Unterbrechung gesichert wird. Tatsächlich gab es jedoch verschiedene Probleme bei den bisherigen Leistungsschaltern insofern, als, wenn die Kompression eines Gases optimiert wird, um sie starken zu unterbrechenden Strömen anzupassen (wie z. B. Kurzschlußströmen), die verfügbare elektrodynamische 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 zu unterbrechenden Strömen dann eine Übermäßig große elektrodynamische Kraft erzeugt wird, so daß sie eine Ursache für Schwierigkeiten, wie Beschädigung der Primärspule, schwierige Erregung der Primärspule, große Reaktionskraft an dem Kontaktbetätigungsmechanismus, Stoßbelastungen an verschiedenen Mechanismen der Vorrichtung usw. darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der elektrodynamische Antrieb besser an die unterschiedlichen Ausschaltungsströmen angepaßt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Einschaltstellung des Leistungsschalters die gegenseitige Anordnung zwischen Primärspule und Kurzschlußring bzw. -spule so getroffen ist, daß in den einzelnen Querschnitten senkrecht zur Längsachse des beweglichen Kontaktstückes deren gegenseitige Kopplung in dessen Ausschaltrichtung abnimmt.

Durch diese Abnahme der gegenseitigen Kopplung von Primärspule und Kurzschlußring oder -spule wird in einfacher Weise erreicht, daß trotz praktisch optimal gewährleisteter Kompression des Löschgases für mittelmäßige und geringe Ausschaltstromstärken beim Auftreten hoher Ausschaltstromstärken keine unzulässig große Elektrodynamische Kraft erzeugt wird, die bei bekannten Leistungsschaltern Ursache der genannten Schwierigkeiten war.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, die die-

seni Verlauf der gegenseitigen Kopplung von Primarspule und Kurzschlußring oder -spule dienen, sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigt

F i g. 1 eine Perspektivansicht eines Auiführungsbeispiels des Leistungsschalters, wobei ti.i Teil im Längsschnitt dargestellt ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt zur Erläuterung der Unterbrechereinheit des Leistungsschalters nach Fig. I,

Fig.3a und 3b Diagramme zur Erläuterung der Erzeugung der Antriebskraft durch das elektrodynamische Antriebsorgan des Leistungsschalters nach F i g. 2.

F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen dem elektrodynamischen Gesamtantriebskraftverhalten und der Stromunterbrechung.

Fig. 5a bis 5d schematische Längsschnittansichten verschiedener Abwandlungen des elektrodynamischen Amriebsorgans im Leistungsschalter nach Fi g. 1,

Fig.6 einen Längsschnitt eines ande.enΓ Ausführungsbeispieis des Leistungsschalters, wobei nur die Unterbrechereinheit dargestellt ist,

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

F i g. 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der elektrodynamischen Gesamtantriebskraft und der Stromunterbrechung bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Leistungsschalters.

In F i g. 1 enthält ein geerdeter Tank 1 Schwefelhexafluorid (SFb), das darin unter einem Druck von /.. B. 3,5 kg/cm² cm² 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 4 und 5 zugeführt.

Es soll nun der Aufbau der Unterbrechereinheit 2 im einzelnen an Hand der F i g. 2 erläutert werden.

In dieser Figur sind ein bewegliches Kontaktstück, das aus einem Hauptkontaktstück 22 und einem beweglichen Abreißkontaktstück 23 besteht, gegenüber und koaxial zu einem hohlen festen Kontaktstück 21 angeordnet, das elektrisch mit dem Leiter in der Einführung 4 verbunden ist, wobei die Kontaktstücke 22 und 23 an einer elektrisch leitenden Schaltstange 24 angebracht sind. Die Schaltstange 24 selbst ist mit der Isolierstange 14 (F i g. 1 und 2) durch ein geeignetes Befestigungselement 25 verbunden. Die Schaltstange 24 •ragt einen Blaszylinder 26 und einen Blaskolben 28, die die Blaseinrichtung 27 darstellen, wobei der Blaszylinder 26 am geerdeten Tank 1 mittels eines K'irzschlußringes 29 und des Isolierträgers 3 befestigt ist. Der Blaskolben 28 und der Kurzschlußring 29 sind einstükkig aus elektrisch leitendem Metall gebildet, und ein Stromabnehmer 30 ist zwischen dem Blaskolben 28 und der Schaltstange 24 angeordnet.

So strömt bei Vorliegen des Leistungsschalters im Schließzustand Strom in einem Strompfad durch das feste Kontaktstück 21, das bewegliche Hauptkontaktstück 22, die Schaltstange 24, den Stromabnehmer 30, den Blaskolben 28 und den Kurzschlußring 29.

Die Schaltstange 24 ist über eine Verstrebung 31 mit einer Primärspule 32 versehen, die mit dem Kurzschlußring 29 ein elektrodynamisches Antriebsorgan bildet, und so ist ein Strompfad durch die Schaltstange 24, die Verstrebung 31, die Primärspule 32, einen Stromabnehmer 34 und den Kurzschlußring 29 über eine Gleitplatte 33 vorgesehen, die an der Außenseite der Primärspule 32 montiert ist, wobei der Stromabnehmer 34 am äuße:ren Ende des Kurzschlußringes 29 angeordnet ist. Wenn jedoch der Leistungsschalter in der Schließstellung ist, fließt der größte Teil des Stroms auf Grund der Induktanz der Pnmärspule 32 durch den ersterwähnten Strompfad. Die Ableitung eines Stroms in den letzteren Strompfad findet statt, wenn eine Isolierschicht 35, die auf einem Teil des A'ißenumfangs der Schaltstange 24 angebracht ist, beim Unterbrechungsvo^rgang den Sirompfad zwischen der Schaltstange 24 und dem Stromabnehmer 30 unterbricht.

Wenn ein Unterbrechungsbefehl so gegeben wird, daß das bewegliche Hauptkontaktstück 22 und das Abreiß- oder Lichtbogenkontaktstück 23 von dem festen Kontaktstück 21 mittels der Isolierstange 14 und der Schaltstange 24 getrennt werden, wird ein Lichtbogen zwischen dem festen Kontaktstück 21 und dem bewegliehen Abreißkontaktstück 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 elektrodynamische Rückstoßkraft wird mittels der Verstrebung 31 auf die Schaltstange 24 übertragen, so daß der Blaszylinder 26 stark bewegt und so SFt Gas in der Blaseinrichtung 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 elektrodynamische Abstoßung soli nun unter Bezugnahme auf die F i g. 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 296, die gegenüber der Primärspule 32 verschiedene Abstände haben. In der Figur sind der am Kurzschlußring 29 angebrachte Stromabnehmer 34 und die an der Primärspule 32 montierte Gleitplatte 33 ausgelassen.

Wenn ein bestimmter Strom durch die Primärspule 32 fließt, wird eine elektrodynamische 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 auf Grund der verschiedenen Abstände zwischen diesen Abschnitten und der Primärspule 32 voneinander ab. Zur Vereinfachung der Erläuterung sei hier angenommen, daß die Kurzschlußringabschnitte 29a und 296 getrennt vorgesehen sind. Wenn sich dann die Mitte der Primärspule 32 nach rechts der Mittelachse α des Kurzschlußringabschnitts 29a bewegt, ergibt sich, daß die zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußringabschnitt 29a erzeugte elektroiiynamische 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 Kurzschlußringabschnitts 29a kommt, die dazwischen erzeugte elektrodynamische Rückstoßkraft dazu neigt, die Primär-

f>5 spule 32 nach links zu treiben. Wenn man so in F i g. 3b den rechtsgerichteten Antrieb der Primärspule 32 im oberen Teil über der Strichellinie und den linksgerichteten Antrieb der Primärspule im unteren Teil unter-

halb der Strichellinie dargestellt annimmt, ergibt sich, falls dann die Primärspule 32 in Axialrichtung der Schaltstange 24 bewegt wird und die Werte der elektrodynamischen Rückstoßkraft an den verschiedenen Punkten erhalten und durch eine Kurve dargestellt werden, das elektrodynamische Rückstoßkraftverhalten so, wie es durch die Strichellinie A in F i g. 3b gezeigt ist. In ähnlicher Weise läßt sich das elektrodynamische Rückstoßkraftverhalten zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußringabschnitt 29i> 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 ß ist, da der Abstand zwischen dem Kurzschlußringabschnitt 29a und der Primärspule 32 größer als der Abstand zwischen dem Kurzschlußringabschnitt 296 und der Primärspule 32 ist.

Da tatsächlich die Primärspule 32 die Schaltstange 24 betätigt, läßt sich die Antriebskraft durch Kombination der Kurven A und β wiedergeben, und das Gesamtverhalten ist so, wie es in F i g. 3b durch die ausgezogene Kurve Cdargestellt 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 elektrodynamische Gesamtrückstoßkraftverhalten, das zwischen dem Kurzschlußring 29 und der Primärspule 32 erhalten wird, durch eine abgestufte Kurve wiedergeben läßt.

Hierfür lassen sich der Trennabstand zwischen dem festen Kontaktstück 21 und dem beweglichen Abreißkontaktstück 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 Unterbrechungsstrom in die Primärspule 32 abgeleitet wird.

Es soll nun die Beziehung zwischen der abgestuften elektrodynamischen Antriebskraft (Rückstoßkraft) und der Stromunterbrechung an Hand der F i g. 4 erläutert werden.

In F i g. 4 zeigen die Kurven D und E die für verschiedene durch die Primärspule 32 fließenden Stromwerte erhältlichen elektrodynamischen Antriebskräfte, und die Antriebskräfte sind, wie schon erwähnt, proportional dem Quadrat der Ströme. So versteht man ohne weiteres, daß die Kurve D das elektrodynamische Antriebskraftverhalten für die schwachen Ströme und die Kurve £das Verhalten für die starken Ströme zeigt und daß sich die Verhaltenskurve mit der Variation der Stromstärke von der Kurve D zur Kurve fund umgekehrt verlagert

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

Falls jedoch die elektrodynamische Antriebskraft zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußring 29 so erzeugt wird, daß die Primärspule 32 dadurch beschleunigt wird, wächst die elektrodynamische 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 komprimicrie Form bezüglich der Zeit an. In Fig.4 zeigen die Verhaltenskurven D und £" das jeweilige elektrodynamische Antriebskraftverhalten unter Berücksichtigung der genannten Änderungen mit der Zeit auf Grund der Änderung der Stromstärkewerte.

Zu F i g. 4 sei nun festgestellt, daß, da der Strom, der in den Leistungsschalter fließt, ein Wechselstrom ist, sich der Wert des Stromes periodisch mit der Zeit immer wieder ändert, .wie durch eine Kurve F gezeigt ist, und sich so die tatsächliche elektrodynamische Antriebskraft mit dem Zeitverlauf ändert, wie durch die Kurven C und H gezeigt ist.

Wenn ein Lichtbogen entsteht, wird dieser mittels Einblasens eines während einer bestimmten Zeitdauer in diesen gerichteten Lichtbogenlöschgases gekühlt und gelöscht.

Wenn man dann annimmt, daß eine gerade Linie / die Antriebskraft (elektrodynamische Rückstoßkraft) zur Schaffung eines erforderlichen Gasdruckes zur Sicherung zwangläufiger Unterbrechung darstellt, wird der Strom an einem Punkt in der Nähe des ersten Stromnullpunkts ii nach dem Beginn des Unterbrechungsvorganges in die Primärspule 32 abgeleitet, so daß eine elektrodynamische Rückstoßkraft erzeugt wird. Jedoch wird dabei auf Grund der Stellung der bewegten Primärspule 32 zu dieser Zeit keine große elektrodynamische Antriebskraft erhalten, und so ergibt sich selbst beim zweiten Stromnullpunkt ti 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 elektrodynamische Antriebskraft schrittweise ansteigt und gegebenenfalls die gerade Linie / überschreitet, wird ein starker Blasstrom von Gas in den Lichtbogen gerichtet, so daß er an einem Punkt nahe dem drit'en Stromnullpunkt ft gelöscht wird. Die Stromwellenform zu dieser Zeit ist in der Figur bei Fi gezeigt.

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

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß 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 elektrodynamischen Antriebskraftverhaltenskurven D und E im wesentlichen die abgestuften Verläufe ein, und daher gibt es keinen großen Unterschied der maximalen elektrodynamischen Kräfte während der ersten und der zweiten Unterbrechungsperiode, auch wenn eine beträchtliche Änderung in der Kontakttrennphase vorliegt.

Es soll jetzt die Ableitung eines Stroms in die Primärspule 32 betrachtet werden. In den Fällen der elektrodynamischen Antriebskraftverhaltenskurven D und Ein F i g. 4 sind die elektrodynamischen Antriebskräfte während der Anfangsperiode des Unterbrechungsvorgangs beträchtlich kleiner als die während der späteren Periode des Unterbrechungsvorgangs. Dies ergibt sich auf Grund einer weiten Überlappung zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußring 29, 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 Primärspule 32 nach dem Beginn des Unterbrechungsvor-

gangs leicht vollendet werden kann. Dies hat die Wirkung, daß die Stromableitstellung und damit der Aufbau des Unterbirechungsmechanismus am Stromabnehmer 30 und der Isolierschicht 35 einfacher gemacht werden kann.

Es sollen nun die elektrodynamischen Kräfte untersucht werden, die auf die Primärspule 32 wirken. Eine der elektrodynamischen Kräfte ist die Antriebskraft in der Axialrichtung, die zwischen dem Kurzschlußring 29 und der Primärspule 32 im ganzen wirkt, und zusätzlich liegen eine elektrodynamische Kraft auf Grund des Stromes, der durch die Primärspule 32 fließt und eine Ausdehnung der Spule selbst hervorruft, sowie noch eine elektrodynamische Kraft vor, die die Primärspule 32 auf Grund der im äußeren Kurzschlußring 29 und der inneren Primärspule 32 in entgegengesetzten Richtungen fließenden Ströme zusammenzupressen sucht. Die letzteren beiden elektrodynamischen Kräfte wirken in Radialrichtungen und werden so nicht zur Betätigung der Blaseinrichtung ausgenutzt, sondern sie sind eher ungünstige elektrodynamische Kräfte, die Schäden an der Primärspule 32 hervorrufen können.

Nun 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 elektrodynamischen Kraft, die eine Expansion der Primärspule 32 hervorruft, und der druch den Strom im Kurzschlußring 29 verursachten elektrodynamischen Kraft, die die Primärspule 32 zu zerdrücken sucht, wodurch die radialen elektrodynamischen Kräfte, die zu einer Beschädigung der Primärspule 32 neigen, wesentlich verringert werden.

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

Der Schließvorgang wird vollendet wenn die Schaltstange 24 zur dargestellten Stellung zurückkehrt und das bewegliche Hauptkontaktstück 22 am festen Kontaktstück 21 anliegt Dabei wird, wenn sich die Kontaktstücke 21 und 22 einander annähern, eine Entladung vor dem Schließen verursacht da die Schaltkreisspannung vorher zwischen den Kontaktstücken 21 und 22 entwickelt wurde. Diese Vorabentladung erregt die Primärspule 32 wieder, so daß eine elektrodynamische Rückstoßkraft zwischen der Primärspule 32 und dem Kurzschlußring 29 erzeugt wird und so auf Grund der Tatsache, daß die Primärspule 32 direkt mit der Schaltstange 24 verbunden ist an sich eine Gefahr besteht, daß die erzeugte elektrodynamische Rückstoßkraft der Betätigungskraft entgegenzuwirken sucht und es so unmöglich macht das Schließen zu vollenden. Im dargestellten Schalter ist dagegen die in der Stellung des Auftretens der Vorabentladung erzeugte elektrodynamische 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 Schließ-" Vorgang.

Die F i g. 5a bis 5d erläutern verschiedene Kombinationen von elektrodynamischen Antriebsorganen für verschiedene abgestufte elektrodynamische Antriebskraftverhaltenserfordernisse.

In F i g. 5a ist eine Primärspule 51 mit einer erhöhten Zahl von Windungen in ihrem linken Teil auf der Schaltstange 24 über die Verstrebung 31 montiert, um mit einem zylindrischen Kurzschlußring 50 zusammenzuwirken.

In F i g. 5b ist eine abgestufte Primärspule 61 ähnlich auf der Schaltstange 24 über die Verstrebung 31 zum Zusammenwirken mit einem zylindrischen Kurzschlußring 60 montiert.

In Fig.5c ist ein im Halbquerschnitt 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 Sid, 81 e und Sif, 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 F i g. 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 elektrodynamischen Antriebskräfte als ganze betrachtet werden, die Kombinationen im wesentlichen abgestufte elektrodynamische Gesamtantriebskräfte.

In F i g. 6 ist die Unterbrechereinheit eines Leistungsschalters gemäß einem anderen Beispiel dargestellt, wobei das elektrodynamische Antriebsorgan mit dem erforderlichen abgestuften elektrodynamischen AntriebskraftverhaUen durch Verwendung von Metallen verschiedener Eigenschaften für die elektrodynamischen Antriebsteile, und zwar den Kurzschlußring ausgelegt ist. Bei dieser Unterbrechereinheit besteht der Blaskolben aus einem sogenannten schwimmenden Blaskolben, der sich frei zum Blaszylinder bewegen kann.

In der Figur sind gegenüber einem festen Kontaktstück 101 ein bewegliches Hauptkontaktstück 102 und ein bewegliches Lichtbogenkontaktstück 103, das während des Ausschaltvorganges mit dem feststehender. Kontaktstück 101 noch in Berührung steht, wenn das bewegliche Hauptkontaktstück 102 bereits abgehoben hat, an einer elektrisch leitenden Schaltstange 104 angebracht die mit einer Isolierstange 105 mittels eines Befestigungselements, wie z. B. eines Bolzens, verbunden ist

An der Kontaktseite der Schaltstange 104 ist ein elektrisch leitender Blaszylinder 107 angeordnet und eine Isolierschicht 108 ist auf dem Außenumfang des Blaszylinders 107 mit Ausnahme eines Teils davon ausgebildet.

Am restlichen Teil des Pufferzylinders 107 ist ein Stromableitorgan 109 vorgesehen. Wie Fig.7 zeigt umfaßt das Stromableitorgan 109 Stromabnehmer 110 und Stützführungsplatten 111 für den Blaszylinder 107, die abwechselnd am Umfang angeordnet sind, und sowohl die Stromabnehmer iiö ais auch die Führungsplatten 111 sind ebenfalls getrennt am Isolierträger 112

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angebracht.

Die Vorderenden der Stützführungsplatten 111 sind an einem Ringstück 113 mit einem L-förmigen Querschnitt durch Befestigungselemente 114, wie z.B. Schrauben oder Bolzen, angebracht, und so wirken die Platten 111 mit dem Ringstück 113 zusammen, um den Blaszylinder 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 Blaszylinder 107 und den Stromabnehmern 110 zu sichern.

Wie Fig.6 zeigt sind die Stromabnehmer 110 an ihrer Innenseite mit einer Isolierschicht 116 versehen. So bewirken, während der Blaszylinder 107 und die Stromabnehmer 110 untereinander während des dargestellten SchlieBvorgangs verbunden bleiben, im Laufe des Abschaltvorgangs sowohl die Isolierschicht 108 als auch die Isolierschicht 116, daß der Strompfad zwischen dem Blaszylinder 107 und dem Stromabnehmer 110 unterbrochen wird. Die Stromabnehmer 110 können durch Entfernen des Ringstücks 113 leicht überprüft und ersetzt werden.

Die Schaltstange 105 trägt eine Primärspule 118, die an ihrem anderen Ende über eine elektrisch leitende 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 Blaskolben 123 einstückig ausgebildet der zur Schaltstange 104 mittels einer Feder 124 schwimmend angeordnet ist die zwischen dem Blaskolben 123 und dem Blaszylinder 107 angebracht ist

Der Kurzschlußring 122 weicht von dem Kurzschlußring 29 nach F i g. 2 ab und ist vollkommen zylindrisch ohne Abstufung. Statt dessen umfaßt der Kurzschlußring 122 einen Teilabschnitt 122a und einen Teilabschnitt t22b, die z. B. aus Kupfer bzw. Aluminiumlegierung bestehen.

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 1226 induzierten Ströme auf Grund der Differenz ihrer Widerstandswerte nicht identisch. Aus diesem Grund hat der Kurzschlußring 122 die gleiche Wirkung wie der abgestufte KurzscbJuBring 29 in F i g. 2, d. h. daß das gesamte elektrodynamische Antriebskraftverhalten auch dieses Ausführungsbeispiels einen abgestuften Verlauf entsprechend etwa F i g. 3 aufweist

Wenn eine Unterbrechung vorzunehmen ist bewirken die Schaltstangen 105 und 104 zuerst eine Trennung des beweglichen Hauptkontaktstücks 102 von dem festen Kontaktstück 101 und dann die des beweglichen Lichtbogenkontaktstücks 103 vom festen Kontaktstück 101, wobei ein Lichtbogen zwischen dem festen Kontaktstück 101 und dem Lichtbogenkontaktstück 103 gezogen wird. Gleichzeitig wird, wie weiter oben erwähnt, der Sirompiad durch den Biaszyünder 107 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 elektrodynamische Rückstoßkraft zwischen der Primärspule 118 und dem Kurzschlußring 122, so daß der Blaskolben 123 gegen die Feder 124 nach links bewegt wird und so der Raum, der durch den Blaskolben zusammen mit dem Blaszylinder 107 definiert wird, in der im unteren Teil von F i g. 6 gezeigten Weise verringert wird. Wenn dies der Fall ist, wird eine SF6-Gasmenge komprimiert und durch eine Isolierhülse 125 in den Lichtbogen gerichtet, wodurch der Lichtbogen abgekühlt und gelöscht und so die Unterbrechung vollendet wird.

Während die Beziehung zwischen der abgestuften elektrodynamischen Antriebskraft und der Stromunterbrechung in F i g. 4 in Abhängigkeit vom Wert des Fehlerstroms gezeigt wurde, ist es möglich, daß eine übermäßig große elektrodynamische Antriebskraft erzeugt wird, so daß die Blaseinrichtung an einem hinsichtlich der Stromänderung zu frühen Punkt betätigt wird, d. h. daß der Kompressionsvorgang an einem Punkt lange Zeit vor dem Stromnullpunkt endet

In F i g. 8 ist die Beziehung zwischen der elektrodynamischen Antriebskraft und der Stromunterbrechung gezeigt, wo die Erzeugung einer übermäßig großen elektrodynamischen Antriebskraft verhindert und so das Kompressionsorgan unter Anwendung einer |eeigneten Kombination des Kurzschlußringes 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 Di und £i gezeigt ist, die elektrodynamischen 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 mit verschiedenen Maximalwerten anstatt der Stufenformen umfassen. Da dann ein Wechselstrom in die Primärspule fließt stellt die Kurve Gi das elektrodynamische Antriebskraftverhalten für die kleinen Ströme dar, während die Kurve H\ das 'elektrodynamische Antriebskraftverhalten für die sehr starken Ströme darstellt

In F i g. 8 sind die Kurven unter gleichen Überlegungen wie im Fall von F i g. 4 gezogen, und die identisehen Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder äquivalente Dinge wie in F i g. 4.

In dieser Figur liegt, während die Beziehung zwischen der elektrodynamischen Antriebskraft und der Stromwellenform im wesentlichen die gleiche wie in F i g. 4 ist wie man insbesondere aus der Kurve Hi für die bei sehr großen Stromstärken erzeugte elektrodynamische Antriebskraft entnimmt ein Tiefpunkt in der Stromhalbwelle nahe ihrer Mitte vor, und dies begrenzt beträchtlich die dem Kompressionsorgan zugeführte Antriebskraft So wird das Kompressionsorgan durch eine Antriebskraft betätigt die der Stromwellenform entspricht wodurch ein wirksames Ausblasen von komprimiertem Gas zur Vollendung der Unterbrechung gesichert ist

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   21

   !. Leistungsschalter mit einem Paar von Kontakt-Stücken, mit einem elektrodynamischen Antrieb, der aus einer vom zu unterbrechenden Strom durchflossenen Primärspule und einem bzw. einer elektrodynamisch gekoppelten Kurzschlußring bzw. -spule besteht, zum Antrieb des beweglichen Kontaktstükkes, mit einer durch den elektrodynamischen Antrieb betätigbaren Blaseinrichtung und mit einer Düse zum Richten eines durch die Blaseinrichtung erzeugten Lichtbogenlöschgasstromes in den Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einschaltstellung des Leistungsschalters die gegenseitige Anordnung zwischen Primärspule (z. B. 32) und Kurzschlußring bzw. -spule (z. B. 29) so getroffen ist. daß in den einzelnen Querschnitten senkrecht zur Längsachse des beweglichen Kontaktstükkes (z. B. 22. 23) deren gegenseitige Kopplung in dessen Ausschaltrichtung abnimmt.
2. 2. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule (32) zylindrisch ist und der Kurzschlußring (29) die Form eines abgestuften Zylinders aufweist, dessen Durchmesser in Ausschaltrichtung des beweglichen Kontaktstückes (22,23) zunimmt.
3. 3. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (50) zylindrisch ist und die Primärspule (51) an dem zum beweglichen Kontaktstück hinweisenden Ende eine erhöhte Anzahl von Windungen aufweist.
4. 4. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzscnlußnng (60) zylindrisch ist und die Primärspule (61) so abgestuft ist, daß ihr Durchmesser in Ausschaltrichtung des beweglichen Kontaktstücks abnimmt.
5. 5. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (70) und die Primärspule (71) im Querschnitt L-förmig sind und ihr gegenseitiger Abstand an deren Flanschteilen, die an der dem beweglichen Kontaktstück abgewandten Seite vorgesehen sind, erhöht ist.
6. 6. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurzschlußring (80) zylindrisch ist und die Primärspule (81) eine sich in Ausschaltrichtung des beweglichen Kontaktstücks verengende konische Form aufweist.
7. 7. Leistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule (118) zylindrisch ist und der Kurzschlußring (122) die Form eines aus zwei in Axialrichtung mechanisch miteinander verbundenen Teilabschnitten (122a, 1226) aus untereinander verschiedenen metallischen Materialien bestehenden Zylinders aufweist, wobei das Material mit der geringeren elektrischen Leitfähigkeit in Ausschaltrichtung des beweglichen Kontaktstücks angeordnet ist.