DE3012964A1

DE3012964A1 - Gasgefuellter schutz- bzw. leistungsschalter

Info

Publication number: DE3012964A1
Application number: DE19803012964
Authority: DE
Inventors: Noboru Kobayashi; Takeyoshi Sakurai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1979-04-18
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1980-10-23
Also published as: CH650100A5; JPS55139728A; FR2454688A1; CA1131275A; FR2454688B1; DE3012964C2

Description

3Q12964

Henkel, Kein, feiler fir HSnzel Patentanwälte

^ Registered Representatives

before the European Patent Office

Möhlstraße37 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, D-8000 München 80

TnTc in τ,η,η TeL: 089/982085-87 Tokio, Japan Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

FAM-4717

2. April 1980

Gasgefüllter Schutz- bzw. Leistungsschalter

Die Erfindung bezieht sich auf Schutz- bzw. Leistungsschalter und betrifft insbesondere einen gasgefüllten Schutzbzw. Leistungsschalter (gas type circuit breaker), bei dem ein in ihm enthaltenes Strömungsmittel beim öffnen der Kontaktteile durch einen über diese überspringenden Lichtbogen unter Druck gesetzt wird, so daß der Lichtbogen durch das unter Druck stehende Strömungsmittel angeblasen und damit gelöscht wird.

Bisherige Schutz- bzw. Leistungsschalter dieser Art sind in den üS-PSen 4 046 979, 4 139 752, 3 975 602 und 3 839 613 beschrieben. Zum Löschen des Lichtbogens besitzen diese Leistungsschalter lediglich eine Lichtbogen-Löschkammer, die mit einem entsprechenden Löschmedium gefüllt ist, das beim Trennen der Kontaktteile durch den entstehenden Lichtbogen unter einen hohen Druck gesetzt wird.

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Bei den bisherigen Leistungsschaltern kann jedoch der Druck des in der Lichtbogen-Löschkammer enthaltenen Löschmediums nicht auf eine Größe erhöht werden, daß es den Lichtbogen zum Löschen anzublasen vermag. Wenn der zu unterbrechende Strom groß ist, muß weiterhin das Volumen der Löschkammer groß sein; in diesem Fall kann allerdings bei einem kleinen Unterbrechungsstrom der Druck des Löschmediums nicht in ausreichendem Maß erhöht werden.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines gasgefüllten Schutz- bzw. Leistungsschalters, der bei entsprechender Anpassung sowohl große als auch geringe Ströme sicher zu unterbrechen vermag.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße gasgefüllte Schutz- bzw. Leistungsschalter weist eine Lichtbogen-Löschkammer mit einem Lichtbogen-Löschmedium, das durch einen an den Kontaktteilen beim öffnen bzw. Trennen derselben auftretenden Lichtbogen unter Druck setzbar ist, sowie eine Druck(beaufschlagungs)vorrichtung mit einem Zylinder und einem Kolben auf, die beim Trennvorgang der Kontaktteile wirksam wird, wobei einer Änderung des zu unterbrechenden Stroms durch eine einfache Änderung der Kolbenform Rechnung getragen wird, so daß bei jeder Stromgröße eine sichere Stromunterbrechung gewährleistet wird.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzt die Innenfläche des Kolbens der Druckvorrichtung eine konkave Konfiguration, so daß das Volumen der Druckkammer in Abhängigkeit von einer Änderung des zu unterbrechenden Nennstroms durch einfache Änderung der Tiefe des konkaven Teils im Kolben und ohne Notwendigkeit für eine Änderung der Kolbenform variiert werden kann, wodurch Lagerhaltung, Fertigungskontrolle und Fertigung des Kolbens vereinfacht werden.

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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine lotrechte Schnittansicht eines bisherigen Gas-Schutz- oder -Leistungsschalters im teilweise geöffneten Zustand und

Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch einen gasgefüllten Schutz- bzw. Leistungsschalter mit Merkmalen nach der Erfindung in seinem teilweise geöffneten Zustand.

In Fig. 1 ist ein bisheriger Leistungsschalter der infrage stehenden Art dargestellt. Wenn dabei, wie in gestrichelten Linien angedeutet, ein bewegbarer Kontaktteil 9 mit einem feststehenden Kontaktteil 3 in Kontakt und dabei der Leistungsschalter in die Schließstellung gebracht wird, wird einer nicht dargestellten Last (Verbraucher) elektrischer Strom über einen Stromkreis aus einer Leitung 2, einer Anschlußplatte 1, dem feststehenden Kontaktteil 3, dem bewegbaren Kontaktteil 9, Fingerkontakten 14, einer Anschlußplatte 11 und einer Leitung 13 zugeführt. Wenn in der Last ein Überstrom, z.B. ein Kurzschlußstrom fließt, wird der bewegbare Kontaktteil 9 durch ein nicht dargestelltes Schaltrad oder -getriebe (switching gear) nach unten getrieben und dabei vom feststehenden Kontaktteil 3 getrennt. In diesem Augenblick springt zwischen den Kontaktteilen 9, 3 ein Lichtbogen A über. Unter dem Einfluß dieses Lichtbogens A erfährt ein Lichtbogen-Löschgas, wie SF-, in einem wärmebeständigen, isolieren-

den Behälter 4 aus z.B. Teflon (Polytetrafluoräthylen) eine beträchtliche Temperatur- und Druckerhöhung, wobei ein augenblickliches Schließen der hohlen Abschnitte der zylindrischen Kontaktteile 3 und 9 erfolgt und gleichzeitig der Druck in einer Druckkammer 15 über dem Behälter 4 über Düsen bzw. Zulasse 8 erhöht wird. Da ein Wechselstrom einen natürlichen Null(durchgangs)punkt besitzt, nimmt bei der Annäherung des zu unterbrechenden Stroms an den Nullpunkt auch der Lichtbo-

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genstrom ab, so daß der Schließzustand der hohlen Abschnitte der beiden Kontaktteile 3, 9 aufgehoben wird. Infolgedessen verringern sich Temperatur und Druck des im isolierenden Behälter 4 enthaltenen Mediums. Das in der Druckkammer 15 unter hohem Druck stehende Löschmedium wird mithin gegen den Lichtbogen A geblasen, wodurch dieser abgekühlt und am NuIl-(durchgangs)punkt des LichtbogenStroms gelöscht wird. Während der Zeitspanne der Lichtbogenerzeugung und nach der Löschung des Lichtbogens werden das um den Lichtbogen A herum befindliche Löschmedium sowie andere Stoffe wie elektrisch leitende, von den Kontaktteilen 3, 9 usw. verdampfte Teilchen, die nicht zur Lichtbogenlöschung beitragen, über die hohlen Abschnitte der beiden Kontaktteile 3, 9 aus dem wärmebeständigen, isolierenden Behälter 4 ausgetragen, wodurch das Löschen des Lichtbogens A begünstigt wird.

Wenn jedoch bei dem beschriebenen, bisherigen Schutz- bzw. Leistungsschalter der zu unterbrechende Strom klein ist, steigt der Druck des Löschmediums in der Druckkammer 15 nicht genügend an. Aus diesem Grund kann nicht genügend Löschmedium zum Löschen des Lichtbogens A gegen diesen geblasen werden. Um nun für den Fall eines großen zu unterbrechenden Stroms genügend Löschmedium für das Löschen des Lichtbogens A zur Verfügung zu haben, muß das Volumen der Druckkammer 15 groß sein; in diesem Fall kann sich allerdings - wie erwähnt - der Druck des Löschmediums in der Druckkammer 15 bei einem kleinen zu unterbrechenden Strom nicht genügend erhöhen. Der bisherige Schutz- oder Leistungsschalter ist daher insofern nachteilig, als er nicht für die Unterbrechung von sowohl großen als auch kleinen Strömen geeignet ist.

Zur Vermeidung dieses Nachteils könnte daran gedacht werden, dem bisherigen Leistungsschalter nach Fig. 1 eine Pufferanordnung mit Kolben und Zylinder zuzuordnen. In diesem Fall ist jedoch für einen großen zu unterbrechenden Strom ein Zylinder mit einem großen Volumen und bei einem kleinen Strom ein Zylinder mit einem kleinen Volumen erforderlich. Folglich müßten

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zahlreiche Zylinder und Kolben für die jeweiligen zu unterbrechenden Nennströme bereitgehalten werden, was Probleme bezüglich Lagerhaltung, der Fertigungskontrolle und der Fertigungskosten aufwirft. Im Fall von großen Unterbrechungsströmen sind zudem Zylinder großer Abmessungen erforderlich, was zu einer Vergrößerung der Abmessungen des Schutzschalters selbst führt.

Mit dem erfindungsgemäßen Schutz- bzw. Leistungsschalter sollen nun die vorstehend geschilderten Mängel und Nachteile des Stand der Technik ausgeräumt werden.

Bei der in Fig. 2 in teilweise geöffnetem Zustand dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die den Teilen von Fig. 1 entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet. Gemäß Fig. 2 ist eine Leitung bzw. ein Leiter 2 an eine Anschlußplatte 1 angeschlossen, die derart am einen Ende eines wärmebeständigen, isolierenden Behälters 4 montiert ist, daß die Außenumfangsflache des feststehenden Kontaktteils 3 gegenüber der Innenfläche _#des offenen Endabschnitts des Behälters 4 verschiebbar ist. Ein Zylinder 5 mit einem durch einen Boden verschlossenen Ende ist am anderen Ende des Behälters 4 so befestigt, daß der Boden des Zylinders 5 das offene andere Ende des Behälters 4 verschließt. Im Zylinder 5 ist eine zentrale innere Trennwand 6 aus einem elektrisch leitenden Material mit ihrem oberen Ende am Boden des Zylinders 5 befestigt. Die Trennwand 6 besitzt eine hohlzylindrische Form und bildet somit einen Belüftungsdurchgang 7, welcher das Innere des Behälters 4 mit der Außenseite des Leistungsschalters verbindet. Im Boden des Zylinders 5 sind Düsen bzw. Zulasse 8 zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Innenraum des Zylinders 5 und dem Inneren des Behälters 4 vorgesehen. Ein hohlzylindrischer, bewegbarer Kontaktteil 9 ist mit seiner Außenfläche am einen Ende mit der Innen(umfangs)fläche des hohlzylindrischen, feststehenden Kontaktteils 3 bringbar und mit seinem anderen Ende am Boden des Zylinders 5 befestigt, wobei sein Innendurchgang mit dem Belüftungsdurchgang 7 der inneren Trennwand 6 in

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Verbindung steht. In der Kammer des Zylinders 5 ist ein im wesentlichen umgekehrt hutförmiger Kolben 10 so angeordnet, daß er relativ zur Innenwand des Zylinders 5 und zur Außenfläche der Trennwand 6 verschiebbar ist. Eine am unteren Ende des Kolbens 10 angebrachte Anschluß- bzw. Kontaktplatte 11 ist mittels eines zwischengefügten Gleitkontakts 12 mit dem Kolben 10 relativ zur inneren Trennwand 6 verschiebbar. An die Anschlußplatte 11 ist eine Leitung (Leiter) 13 angeschlossen. Die Trennwand 6 weist in ihrer Wand in der Nähe des unteren Endes des Belüftungsdurchgangs 7 eine letzteren mit der Außenluft verbindende Bohrung 14 auf. Wie beim bisherigen Leistungsschalter nach Fig. 1 ist die Kammer bzw. der Innenraum des Zylinders mit einem Lichtbogen-Löschmedium gefüllt.

Im folgenden ist die Arbeitsweise des vorstehend beschriebenen Schutz- oder Leistungsschalters gemäß der Erfindung erläutert. Wenn beispielsweise der bewegbare Kontaktteil 9 unter Herstellung eines Kontakts in die Bohrung des feststehenden Kontakts eintritt (gestrichelte Linien in Fig. 2), so daß der Schutzoder Leistungsschalter geschlossen wird/ fließt ein elektrischer Strom zu einer nicht dargestellten Last über die Leitung 2, die Anschlußplatte 1, den feststehenden Kontaktteil 3, den bewegbaren Kontaktteil 9, die innere Trennwand 6, den Gleitkontakt 12, die Anschlußplatte 11 und die Leitung 13. Wenn nun ein überstrom, etwa ein KurzSchlußstrom ο.dgl., durch die Last fließt, wird der bewegbare Kontaktteil 9 durch ein nicht dargestelltes Schaltrad oder -getriebe gemäß Fig. 2 nach unten getrieben, so daß er sich vom feststehenden Kontaktteil 3 trennt, wobei zwischen beiden Kontaktteilen 9, 3 ein Lichtbogen A auftritt. Dabei verlagern sich der Zylinder 5 sowie der Behälter 4 zusammen mit dem bewegbaren Kontaktteil 9 relativ zum Kolben 10 abwärts, wodurch das im Innenraum des Zylinders enthaltene Lichtbogen-Löschmedium durch den Kolben 10 unter einen hohen Druck gesetzt und infolgedessen durch die Zulasse 8 ausgetrieben und gegen den Lichtbogen A geblasen wird, so daß letzterer im Fall eines kleinen Lichtbogenstroms vollständig gelöscht wird. Im Fall eines großen Lichtbogenstroms wird der

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Druck des im Behälter 4 enthaltenen Löschmediums durch die Lichtbogenenergie (weiter) erhöht, so daß sich die hohlen Abschnitte der beiden zylindrischen Kontaktteile 3 und 9 augenblicklich (gegeneinander) schließen, während sich gleichzeitig der Druck des Löschmediums im Innenraum des Kolbens 5 erhöht. Der Druck des Löschmediums in diesem Innenraum erhöht sich folglich aufgrund der Lichtbogenenergie und der Relativverschiebung des Kolbens 10. Wenn sich dann der zu unterbrechende Strom dem Null(durchgangs)punkt nähert, nimmt der Lichtbogenstrom ab, so daß der Schließzustand der hohlen Abschnitte der beiden Kontaktteile 3, 9 aufgehoben wird und demzufolge Temperatur und Druck des Löschmediums im isolierenden Behälter 4 abfallen.

Das im Innenraum des Zylinders 5 unter hohem Druck stehende Löschmediums wird somit über die Düsen bzw. Zulasse 8 gegen den Lichtbogen A geblasen, so daß dieser gekühlt und am NuIl-(durchgangs)punkt des Lichtbogenstroms gelöscht wird. Während der Zeitspanne der Lichtbogenbildung und nach dem Löschen des Lichtbogens werden das den Lichtbogen A umgebende heiße Strömungsmittel, durch Verdampfung vom feststehenden und vom bewegbaren Kontakteil 3 bzw. 9 usw. gebildete leitfähige Teilchen usw., die nicht zur Löschung des Lichtbogens A beitragen, über die Bohrungen der beiden Kontaktteile 3,9 aus dem Behälter 4 des Leistungsschalters ausgetragen, so daß der Lichtbogen A sicher und wirksam gelöscht wird. Wenn weiterhin die Position der dem Innenraum äbs Zylinders 5 zugewandten Innenfläche des Kolbens 10 in Abhängigkeit von der Größe des zu unterbrechenden Stroms von der in Fig. 2 in ausgezogener Linie eingezeichneten Höhe auf die Linie L₁ oder die gestrichelten Linien L₂, L₃ geändert wird, d.h. wenn der Kolben 10 in dem der Zylinderkammer zugewandten Teil eine konkave Form besitzt und die Tiefe des Bodens dieser Ausnehmung von der Oberseite aus auf L₁, L- bzw. L₃ geändert wird, kann das Volumen des Innenraums des Zylinders 5 ohne Änderung seiner Form variiert werden, wobei der Druckanstieg in diesem Innenraum des Zylinders

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5 so eingestellt werden kann, daß in jedem Fall eine einwandfreie Löschung des Lichtbogens A erzielt wird. Je nach der Größe des zu unterbrechenden elektrischen Stroms kann mithin ersichtlicherweise eine kleine Zahl von Kolben· 10 mit verschiedenen Tiefen ihrer Ausnehmung bzw. des konkaven Teils vorgesehen werden, um den Leistungsschalter, ohne Änderung der Form des Zylinders 5, ohne weiteres für die Unterbrechung des jeweils vorgesehenen Stroms auszulegen. Aufgrund der konkaven Form des Kolbens 10 kann darüber hinaus der Zylinder 5 klein sein. Da weiterhin der Lichtbogen A, wie durch die Pfeile c und d in Fig. 2 angedeutet, unter Ablenkung in zwei verschiedene Richtungen, d.h. in Richtung auf die Bohrungen der beiden Kontaktteile 3 und 9, durch das die Zulasse 8 durchströmende Löschmedium (Pfeile a und b) gelöscht wird, wird eine sicherere Lichtbogenlöschung gewährleistet.

Als Lichtbogen-Löschmedium kann ein isolierendes Gas, wie SF, und dgl., oder eine Flüssigkeit, wie isolierendes öl, verwendet werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht somit hervor, daß beim erfindungsgemäßen Schutz- oder Leistungsschalter ein beliebiger Strom durch einfache Änderung der Form des Kolbens und ohne jede Änderung des Zylinders sicher unterbrochen werden kann. Hierdurch werden bedeutsame Vorteile bezüglich Lagerhaltung, Fertigungskontrolle, Fertigungskosten usw.. für den Schutz- oder Leistungsschalter gewährleistet.

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Claims

Henkel, Kern, Feiler &Hänze4 Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

MöhlstraBe 37 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, D-8000 München 80

Tokio, Japan Tel.: 089/982085-87

Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

FAM-4717
2. April 1980

Gasgefüllter Schutz- bzw. Leistungsschalter

Patentansprüche

1.!Gasgefüllter Schutz- bzw. Leistungsschalter, gekennzeichnet durch einen mit einem Leiter (2) verbundenen, feststehenden zylindrischen Kontaktteil (3), durch einen wärmebeständigen, isolierenden, am einen Ende offenen Behälter (4), der am einen Ende verschiebbar auf dem feststehenden Kontaktteil (3) montiert ist, durch einen am einen Ende durch einen Boden verschlossenen und mit dem anderen Ende des Behälters (4) verbundenen Zylinder (5), dessen Boden die öffnung am zweitgenannten Ende des Behälters (4) verschließt, durch eine am Boden des Zylinders (5) befestigte innere Trennwand (6), die einen Belüftungsdurchgang (7) zwischen dem Inneren des Behälters (4) und der Außenluft bildet, durch mehrere im Boden des Zylinders (5) vorgesehene Düsen bzw. Zulasse (8) zur Verbindung des Inneren des Behälters (4) mit dem Inneren des Zylinders (5), durch einen im Zylinder (5) auf dessen

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Innenfläche sowie auf der Außenumfangsflache der inneren Trennwand (6) verschiebbar geführten Kolben (10), durch einen mit dem Kolben (10) verbundenen Leiter (13) und durch einen bewegbaren zylindrischen Kontaktteil (9), der mit dem feststehenden Kontaktteil (3) zusammenwirkt, am Zylinder (5) befestigt ist und einen mit dem Belüftungsdurchgang (7) verbundenen hohlen Abschnitt bzw. eine Bohrung aufweist.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Kolbens (10) eine konkave Konfiguration bzw. eine Ausnehmung besitzt.
3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Trennwand (6) ein Hohlzylinder aus einem elektrisch leitenden Material ist.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der konkaven Konfiguration bzw. Ausnehmung im Kolben (10) in Abhängigkeit von dem zu unterbrechenden Nennstrom änderbar ist.

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