DE2853201C2

DE2853201C2 -

Info

Publication number: DE2853201C2
Application number: DE19782853201
Authority: DE
Inventors: Richard Unterentfelden Ch Thaler
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1978-04-07
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1987-12-23
Also published as: CH625907A5; DE2853201A1; AT375490B; ATA66679A

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgas-Leistungsschalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 herausgestellten Merkmalen. Das Ausschaltvermögen eines solchen Leistungsschalters, nament lich bei Klemmenkurzschluß und bei Abstandskurzschluß, ist umso größer, je höher der Widerstand des Lichtbogenkanals im Zeit punkt unmittelbar vor dem Stromnulldurchgang ist.

Einer der Wege, um dies zu realisieren, besteht darin, wie dies bei den Schaltern der eingangs genannten Art bereits der Fall ist, den Lichtbogen in axialer Richtung kräftig zu beblasen und damit zu kühlen, wodurch der leitfähige Querschnitt des Lichtbogenkanals einge schnürt und mithin sein Widerstand pro Längeneinheit erhöht wird. Daraus ergibt sich bereits ein weiterer Weg, nämlich jener, den Lichtbogen kurz vor dem Stromnulldurchgang zu verlängern, indem der am festen Kontaktstück sich ausbildende Fußpunkt des Lichtbogens gezwungen wird, am festen Kontaktstück nach hinten, d. h. vom beweglichen Kontaktstift weg zu wandern. Dies wird in relativ bescheidenem Maße schon durch die Beblasung zusammen mit einer besonderen Formgebung des festen Kontaktstücks er reicht. In diesem Zusammenhang sei auf den Druckgasschalter gemäß der CH 5 56 602 hingewiesen.

In der DE 26 24 595 A1 wurde außerdem zusätzlich vorge schlagen, im Inneren des festen Kontaktstückes einen aus Ringscheiben aufgebauten Hohlzylinder aus ferromagnetischem Material anzuordnen. Diese Maßnahme soll zu elektromagneti schen Kräften führen, die im Zuge des Ausschaltvorgangs den Fußpunkt des Lichtbogens weit in das Innere des festen Kon taktstückes treiben. Diese Maßnahme kommt aber dem Einbau einer Induktivität in unmittelbarer Nähe der Schaltstrecke gleich, was allgemein schlecht für die Abschaltung des Bogens ist, weil dadurch der Lichtbogenstrom der Lichtbogenspan nung nacheilt, d. h. der Stromnulldurchgang wird erst erreicht, wenn die Spannung über der Schaltstrecke bereits wieder im Anwachsen ist.

Bei anderen vorbekannten Schaltern (CH 4 44 938) sind Maßnahmen vorgesehen, die bewirken, daß der Fußpunkt des Lichtbogens auf der Seite des festen Kontaktstückes so schnell wie möglich nach dem Zünden, also während der ganzen Stromhalbwelle und nicht erst kurz vor dem Stromnulldurch gang auf eine Hilfselektrode (Abbrandelektrode) kommutiert. Dadurch wird aber die Lichtbogenspannung von allem Anfang an und damit die Schaltbarkeit vergleichsweise hoch.

Ausgehend von dem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Licht bogenspannung erst kurz vor dem Stromnulldurchgang derart erhöht wird, daß der Lichtbogenstrom der Lichtbogenspannung voreilt, d. h., daß der Anstieg der wiederkehrenden Spannung über der Schaltstrecke auf eine längere Zeit nach dem Er reichen des Stromnulldurchgangs verzögert wird.

Der Druckgas-Leistungsschalter gemäß der Erfindung, bei dem diese Aufgabe gelöst ist, ist im wesentlichen gekenn zeichnet durch das folgende Merkmal:

d) die Innenseite des festen Kontaktstücks ist im Anschluß an die Kontaktfläche über einen Teil seiner Länge mit einer elektrischen Isolierschicht ausgekleidet.

Weitere Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind in den sich anschließenden Unteransprüchen definiert.

Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Schalters sind nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch Teile eines Druckgas-Leistungsschalters, rechts in Ein-, links in einer Löschstellung,

Fig. 2 und 3 Axialschnitte durch die festen Kontakt stücke von Ausführungsvarianten, und

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf des Bogenstromes und der Bogenspannung kurz vor dem Stromnull durchgang für einen herkömmlichen Schalter (ohne ferromagnetische Einlagen im festen Kontaktstück) und für einen Schalter gemäß der Erfindung.

Der in Fig. 1 nur mit seinen im vorliegenden Zusammen hang wichtigsten Bestandteilen dargestellte Druckgas- Leistungsschalter 10 weist ein festes, rohrförmiges Kontaktstück 11 auf, sowie einen beweglichen Kontakt stift 12, der in Einschaltstellung (Fig. 1 rechts) mit einer Kontaktfläche 13 am freien Ende des Kontakt stückes 11 in Eingriff steht und der über einen nicht dargestellten Antrieb in Richtung des Pfeiles 14 in Ausschaltstellung bringbar ist. Auf dem beweglichen Kontaktstift 12 ist der Boden 15 eines Pumpzylinders 16 aufgezogen, der sich somit mit dem Kontaktstift 12 mitbewegt. Der Pumpzylinder 16 ist verschiebbar auf einem zum Beispiel über Säulen 17 ortsfest abgestützten Pumpkolben 18 geführt. Auf der dem Pumpkolben 18 ab gekehrten Seite ist auf dem Boden 15 eine Blasdüse 19 aus einem elektrisch isolierenden Material befestigt, deren Ausblasöffnung 20 mit ihrer engsten Stelle in Blasrichtung gesehen strom abwärts von der Spitze 21 des Kontaktstiftes 12 ange ordnet ist und - wie der Fig. 1 rechts zu entnehmen ist - in Einschaltstellung das feststehende rohrförmige Kontaktstück 11 dichtend umschließt.

Der Einlaß 22 der Blasdüse 19 steht über Durchlässe 23 im Boden 15 mit dem vom Boden, vom Kolben 18 und vom Pumpzylinder 16 begrenzten Kompressionsraum 24 in Ver bindung, wobei die Öffnungen 23 durch in Richtung zum Einlaß 22 hin öffnende Rückschlagklappen 25 gesteuert sind.

Die Innenseite 26 des festen Kontaktstückes 11 ist im Anschluß an die Kontaktfläche 13 über einen Teil B seiner Länge mit einer elektrischen Isolierschicht 27 ausgekleidet.

Wenn beim Ausschalten der Stift 12 die Kontaktfläche verläßt, zündet zunächst zwischen dem Scheitel 21 des Stiftes 12 und der Stirnseite des Kontaktstückes 11 ein Lichtbogen, der durch das aus dem Kompressionsraum 24 anfallende und durch die etwa gleichzeitig freige gebene Blasdüse 19 ausgeblasene Löschgas in axialer Richtung beblasen wird. Das feste Kontaktstück 11 ist durchblasbar, d. h., es ist an seinem in Fig. 1 nicht sichtbaren, oberen Ende mit Auslaßöffnungen versehen, so daß ein Teil des Löschgases längs des durch den Pfeil 28 angedeuteten Weges durch das Kontaktstück 11 hindurch und ein weiterer Teil des Löschgases längs des Pfeiles 29 an der Außenseite des Kontaktstückes 11 vorbeiströmt.

Fig. 4 zeigt mit der gestrichelt ein gezeichneten Kurve 30 den Verlauf des Kurzschluß stromes, den dieser ohne Ausschaltvorgang nehmen würde. Nach der Trennung der Kontakte 11, 12 wird aber der Kurzschlußstrom aufgrund der Lichtbogen spannung einerseits und aufgrund des Ladestromes der parallel über der Schaltstrecke liegenden Eigenkapazi täten verzerrt, wobei der zuletztgenannte Ladestrom seinerseits etwa proportional zur zeitlichen Änderung der Lichtbogenspannung ist. Es resultiert daraus ein Verlauf des Lichtbogenstromes entsprechend der in Fig. 4 ausgezogen eingezeichneten Kurve 31 bzw. der strich punktierten Kurve 31 a. Würde der Lichtbogen nun ohne Kommutierung auf eine größere Länge weiterbrennen, nähme die Lichtbogenspannung kurz vor dem Stromnull durchgang den mit der ausgezogen eingezeichneten Kurve 32 in Fig. 4 angegebenen Verlauf, d. h. der Nulldurchgang der Bo genspannung und des Bogenstromes erfolgte um eine Zeit t ₁ nach dem unbeeinflußten Stromnulldurchgang. Beim beschriebenen Schalter dagegen, wird der Lichtbogen 34 kurz vor dem Stromnulldurchgang durch die Strömung des Gases in das Kontaktstück 11 hineingetrieben, worauf er auf die stromabwärts der Isolierschicht 27 befindliche blanke Innenseite des Kontaktstückes 11 kommutiert und sich somit sprungartig verlängert, wie in Fig. 1 dargestellt. Daraus folgt eine Erhöhung der Lichtbogenspannung, die somit einen Verlauf etwa ge mäß der strichpunktierten Kurve 33 in Fig. 4 nimmt. Damit eilt der Nulldurchgang der Spannung und des Bogenstromes jenem des unbeeinflußten Stromes um eine Zeit t ₂ nach, welche Zeit erheblich größer als t ₁ ist. Die Schaltstrecke wird somit nach dem Löschen des Bogens während einer längeren Zeit gekühlt, so daß die elektrische Wiederverfestigung der Schalt strecke gewährleistet ist. In der Tat wirkt der vor geschlagene Schalter durch die bei der Kommutierung sprungartig erfolgende Verlängerung des Lichtbogens so, als wären in Serie geschaltete Unterbrechungs stellen vorhanden.

Um bei der Ausführungsform der Fig. 1 das Kommutieren des Lichtbogens, d. h. seine Verlängerung um das Maß B auf alle Fälle zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, daß das Maß B bzw. die Erhöhung der Lichtbogenspan nung geringer zu wählen ist, als die Durchbruchspan nung über die Strecke C, d. h. zwischen der Achse des Kontaktstückes 11 und der Kontaktfläche 13.

Bei der Ausführungsform der Fig. 2 ist im Inneren des Kontaktstückes 11 eine Abbrandelektrode in Form eines Abbrandstiftes 35 vorgesehen, der an seinem der Kontaktfläche 13 abgekehrten Ende über Stege 36 elek trisch leitend mit dem Kontaktstück 11 verbunden ist. An dem der Kontaktfläche 13 zugekehrten Ende ist am Abbrandstift 35 ein Stift 37 aus einem bei Einwirkung eines Lichtbogens ein Löschgas abgebenden Isolier material befestigt. Die Strecke B ist hier nicht gleichbedeutend mit der Länge der Isolierschicht 27, sondern entspricht dem Abstand der Kontaktfläche 13 von dem leitenden Ende des Abbrandstiftes 35. In beiden Fällen indessen wird der Lichtbogen kurz vor dem Stromnulldurchgang um die Strecke B verlängert. Der Stift 37 unterstützt durch seine Abgabe von Löschgas die Wirkung des aus der Blasdüse 19 an fallenden Löschgases.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3 besitzt das Kontaktstück 11 eine Anzahl radiale Durchlaßöffnungen 38, durch welche das von der Blasdüse 19 anfallende Löschgas abströmen kann. Die Innenseite ist mit der Isolierschicht 27 ausgekleidet. Als Abbrandelektrode, auf die der Lichtbogen 34 kommutieren soll, ist eine Scheibe 39 im Inneren des Kontaktstückes 11 vorge sehen, die mit diesem leitend verbunden ist. Um ein Kommutieren des Lichtbogens auf die Scheibe 39 zu ge währleisten, obwohl die Gasströmung aus der Blasdüse 19 nicht bis zu der Scheibe 39 gelangen kann, ist auch die Außenseite des Kontaktstückes 11 mit einer elektrischen Isolierschicht 40 versehen, deren Länge jene der Isolierschicht 27 übertrifft. Wie beim Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 2 kann an der Abbrand elektrode in Form der Scheibe 39 der Stift 37 be festigt sein. Die Anordnung ist zweckmäßig so zu treffen, daß die Durchlaßöffnungen 38 zwischen der Kontaktfläche 13 und dem freien Ende des Stiftes 37 zu liegen kommen, damit das vom Stift 37 abgegebene Gas nicht der Strömung des aus der Blasdüse an fallenden Löschgases entgegenwirkt.

Sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 2 als auch bei der Ausführungsform der Fig. 3 wird nicht nur die sprungartige Verlängerung des Lichtbogens erzwungen, sondern meistens auch - wegen des Stiftes 37 bzw. der von diesem abgegebenen Gase - dessen Gabelung, was die Kühlung und die Löschung weiter begünstigt.

Claims

1. Druckgasschalter mit

a) einer geschlossenen, mit Löschgas gefüllten Schaltkammer,
b) einem beweglichen Kontaktstift (12), zu dem koaxial eine Kompressionseinrichtung (15, 16, 18) angeordnet ist, deren beweglicher Teil mit dem Kontaktstift (12) fest verbunden ist und stirnseitig eine diesen umgebende, mit dem Kompressionsraum (24) der Kompressionseinrichtung verbundene Blasdüse (19) trägt, deren Ausblasöffnung (20) der Spitze (21) des Kontaktstifts (12) vorgelagert ist,
c) einem feststehenden, rohrförmigen Kontaktstück (11), das in der Eingriffsstellung mit dem beweglichen Kontakt stift (12) dichtend die Ausblasöffnung (20) der Blasdüse (19) durchsetzt und diese während des Ausschaltvorganges nach einem bestimmten Hub des Kontaktstiftes (12) freigibt,

gekennzeichnet durch folgendes Merkmal:

d) die Innenseite des festen Kontaktstücks (11) ist im Anschluß an die Kontaktfläche (13) über einen Teil (B) seiner Länge mit einer elektronischen Isolierschicht (27) ausgekleidet.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Außenseite des festen Kontaktstückes (11) im Anschluß an dessen freies Ende mit einer äußeren elektrischen Isolierschicht (40) versehen ist, die länger ist als die an der Innenseite vorhandene Isolierschicht (27).

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des festen Kontaktstückes (11) ein im Bereich der Isolierschicht (27) endender Stift (37) aus einem unter Einwirkung des Lichtbogens ein Löschgas abgebenden Material angeordnet ist und daß zwischen dem Ende dieses Stiftes (37) und der Kontaktfläche (13) radial aus dem festen Kontaktstück (11) herausführende Durchlaß öffnungen (38) ausgebildet sind.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Stift (37) an einer im Inneren des festen Kontaktstückes (11) angeordneten und mit diesem elektrisch verbundenen Abbrandelektrode (35, 39) gehaltert ist.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abbrandelektrode als ein koaxial im festen Kontaktstück (11) angeordneter Abbrandstift (35) ausgebildet ist, an dessen der Kontaktfläche (13) zugewandter Stirnseite der Stift (37) befestigt ist.

6. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abbrandelektrode eine in dem festen Kon taktstück (11) im Anschluß an dessen Durchlaßöffnungen (38) befestigte Scheibe (39) ist, an der mittig der Stift (37) befestigt ist.

7. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Länge der inneren Isolierschicht (27) derart bemessen ist, daß die Lichtbogenspannung über die Länge (B) der Isolierschicht (27) geringer ist, als die Durchbruchspannung von der Kontaktfläche (13) des festen Kontaktstückes (11) zur Achse des festen Kontaktstückes (11).

8. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Kontakt fläche (13) des festen Kontaktstücks (11) und dem dieser am nächsten liegenden Ende der Abbrandelektrode (35, 39) derart bemessen ist, daß die Lichtbogenspannung über diesen Abstand geringer ist, als die Durchbruchspannung von der Kontakt fläche (13) des festen Kontaktstückes (11) zur Achse des selben.