DE3017980A1 - Elektrischer schalter mit selbsterzeugtem loeschgasstrom - Google Patents

Description

Elektrischer Schalter mit selbsterzeugtem Löschgasstrom

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit selbsterzeugtem Löschgasstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruches

Bei Schaltern dieser Art, sogenannten Pufferschaltern, wird die Blasenergie während des Abschaltvorganges durch Komprimierung von Gas in einem Zylinder erzeugt. Damit ein solcher Schalter gegebene Abschaltbedingungen (bestimmter Strom bei bestimmter wiederkehrender Spannung) bewältigen kann, müssen der Kontaktabstand und der Blasdruck bestimmte Mindestwerte bei einem der Nulldurchgänge übersteigen. Da die Phasenlage des Stromes beliebige Werte annehmen kann, müssen die genannten Bedingungen über eine ausreichende Zeitspanne, z.B. 15 ms, erfüllt sein, damit während dieser Zeitspanne mit Sicherheit ein Stromnulldurchgang stattfindet.

Bei bekannten Pufferschaltern ist der Komprimierungskolben ortsfest angeordnet, während der Zylinder mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist und sich zusammen mit diesem bewegt. Eine solche Ausführung stellt hohe Anforderungen an die Antriebsvorrichtung des Schalters, die mit Rücksicht auf die obengenannte Forderung an den Blasdruck einen genau angepaßten Bewegungs-

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und Kraftverlauf haben muß. Besonders schwierig ist es, bei zen Schaltzeiten, wie z.B. bei sogenannten.Zwei-Periodeii-ächältern, den Blasdruck lange genug oberhalb eines bestimmten Mindestwertes zu halten. Der Schalter muß nämlich in diesem Falle mit einer besonders hohen Kontaktgeschwindigkeit arbeiten, was bei der bekannten Ausführung mit festem Komprinierungskolben bedeutet, daß der Komprimierungsvorgang in relativ kurzer Zeit beendet ist.

Auch die Pufferschalter mit federndem Kolben, die früher vorgeschlagen wurden, weisen die vorgenannten Nachteile auf. Bei e inigen bekannten derartigen Konstruktionen wird die Feder für den Kolben der Komprimierungsanordnung am Ende des Abschaltvorgangs des Schalters durch mechanische Einwirkung der Antriebsvorrichtung des Schalters komprimiert (DE-OS 1 765 153 vnd SE-PS 369 352). Bei diesen Ausführungen hat der Kolben keine druckausgleichende Funktion, sondern er dient dazu, einen größeren Isolationsabstand zwischen den Kontakten des offenen Schalters und eine Abbremsung des beweglichen Kontaktes und des mit ihm verbundenen Blaszylinders zu erhalten.

Gemäß anderen bekannten Ausführungen ist neben dem Hauptkolben ein federbelasteter Hilfskolben vorhanden, um im At-fangsstadium des Abschaltens einen schnelleren Druckanstieg im I³Ufferzyli nder zu erhalten. Bei einer bekannten Konstruktion die..er Art (I)E-OS 2 361 687) enthält der bewegliche Pufferzylindei zwei koejxiale Zylinderräume mit verschiedenen Durchmessern, wobei der Zylinderraum mit dem kleineren Durchmesser den festen Hauptkorben ent-

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hält, während der Zylinderraum mit dem größeren Durchmesser den Hilfskolben enthält. Das Gas im Zylinderraum des Hilfskolbens wird im Anfangsstadium der Abschaltung in den Hauptzylinderraum hinütergepreßt. Dagegen ist der Hilfskolben während des kritischen Endsladiums der Abschaltung unwirksam.

Bei einer anderen bekannten Konstruktion der vorgenannten Art (DE-OS 2 363 171) ist der federbelastete Hilfskolben im Pufferzylinder zwischen dem Hauptkolben und dem Kontaktbereich angeordnet. Die den Kolben beaufschlagende Feder ist so bemessen, daß sie bereits frühzeitig während des Abschaltvorganges des Schalters komprimiert wird. Der Hilfskolben hat eine mit Rückschlagventil versehene Durchgangsöffnung, so daß Gas in Richtung von dem Raum zwischen Hauptkolben und Hilfskolben zum Kontaktbereich strönen kann. Aufgrund des Strömungswiderstandes in der öffnung wird jedoch eine schnelle Zufuhr von Löschgas aus dem genannten Raum verhindert, wenn der Druck in dem Kontaktbereich während des für das Ausschalten kritischen Intervalles beim Nulldurchgang des Stromes abnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schnellschaltenden Schalter der eingangs genannten Art zu entwickeln, der ein großes Abschaltvermögen hat und der mit einer relativ einfachen Antrjebsvorrichtung auskommt.

Zur lösung dieser Aufgabe wird ein Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welcher erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

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Vorteilhafte Weiterbindungen der Erfindung Sind in den Unteransprüchen genannt.

Ein Schalter nach der Erfindung kann den Blasdruck dank der druckausgleichenden Wirkung des federnd angeordneten Kolbens relativ lange Zeit über einen vorgegebenen Mindestwert h G.ten. Dies gilt auch dann, wenn die Kontaktgeschwindi ;keit des Schalters relativ groß ist, da der federnde Kolben a ich nach Beendigung der Öffnungsbewegung des Schalters sich no :h bewege?:-, kann. Der Schalter nach der Erfindung eignet sich dah ?r besonders für solche Fälle, in denen eine kurze Abschaltzeit gefordert wird, beispielsweise bei sogenannten Zweiperiodenschaltern. Da der federnde Kolben in der Lage ist, den Blasdruck durch seine druckausgleichende Wirkung aufrechtzuerhalten,^; kann die Antriebsvorrichtung relativ einfach ausgebildet sein.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Schalters nach der Erfindung im eingeschalteten Zustand,

Fig. 2 den Schalter nach Fig. 1 in einer Zwischenstellung, während des Abschaltens eines hohen Stromes,

Fig. 3 den Schalter nach Fig. 1 in geöffneter Endstellung,

Fig. 4 Beispiele von Bewegungs- und Druckverläufen für Pufferschalter mit und ohne beweglichem Kolben.

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Der in Fig. 1-3 gezeigte Schalter ist in einer langgestreckten, nich-. gezeigten Schaltkammer untergebracht, die vorzugsweise vollkommen geschlossen ist und mit elektronegativem Gas, z.B. Schwefelhexafluorid, mit einem Druck von einigen Atmosphären gefüllt ist. Zum Schalter gehört ein Hülsenkontakt 1, der axial in Richtung auf einen festen Kontaktstift 2 zu und von diesem weg beweglich ist. Der bewegliche Hülsenkontakt 1 trägt einen Blas:?.ylinder 3 und ist über eine Betätigungsstange 4 mit einer nich: dargestellten Antriebsvorrichtung verbunden. Mit dem beweglichen Kontakt 1 ist auch eine Blasdüse 5 aus Isoliermaterial, z.B. Tetrafluoräthylen-Kunststoff, verbunden. Diese Blasdüse ist räumlich so ax.geordnet, daß sie während des Ausschaltvorganges den Raum zwischen den beiden Kontakten 1 und 2 (Kontaktbereich) umschließt. In· .Blaszylinder 3 befindet sich ein gegen die Zylinderwand dichtender g-leitbarer Kolben 6, der von einer mit ihren beiden Enden angedeuteten kräftigen Druckfeder 7 gegen einen Anschlag 8 gepreßt wird. Die Feder 7 stützt sich dabei an einem ortsfest angeordneten Bund 9 ab. Der Anschlag 8 ist über ein Rohr 10 mit dem Bund 9 verbunden. Das Rohr 10 dient zugleich als Führung für die Betätigungsstange 4. Der äußere Stromanschluß an den beweglichen Kontakt 1 erfolgt über nicht dargestellte Gleitkontakte über den Blaszylinder 3, der aus Kupfer oder Aluminium besteht.

Zur Durchfuhrung eines Abschaltvorganges übt die Antriebsvorrichtung des Schalters in Richtung des Pfeiles F eine Kraft auf die Betätigungsstange 4 aus, wodurch der Hülsenkontakt 1 mit dem Blaszylinder 3 und der Blasdüse 4 im Sinne der Figuren 1 bis

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3 nach links bewegt wird, wobei das Gas im Zylinderraum 11 komprimiert wird. In dem Augenblick, in dem die. Kontakte 1 und 2 getrennt werden, entsteht ein Lichtbogen, der einen weiteren Druckanstieg im Zylinderraum bewirkt. Von einem bestimmten Druck an wird die Kraft der Druckfeder 7 überwunden, so daß der Kolben 6 nach links verschoben wird. Dadurch wird das Volumen des Zylinderraumes während des Zeitintervalles vergrößert, in dem der Augenblickswert des Stromes groß ist. Dadurch wird der Druckanstieg im Zylinderraum begrenzt und man erhält einen Di^uckausgleich im Zylinderraum über ein größeres Zeitintervall. Durch die Begrenzung des maximalen Druckes wird außerdem eine für die Lichtbogenlöschung ungünstige Bremsung des beweglichen Kontaktes verhindert. Wenn der Strom gegen Null geht, und folglich der vom Lichtbogen erzeugte Druck abnimmt, führt die Feder 7 den Kolben 6 zurück gegen den Anschlag 8, wobei das Volumen des Zylinderraums 11 kleiner wird und der Druck aufrechterhalten wird. Dadurch wird die Löschgasströmung durch die.Düse 5 aufrechterhalten, wodurch die Spannungsfestigkeit im Kontaktbereich schnell aufgebaut wird, so daß eine Wiederzündung des Lichtbogens vermieden wird.

Die Feder 7 hat eine sehr hohe Vorspannung, so laß sich der Kolben 6 nur in extremen Fällen bewegt, d.h. bei dir Abschaltung von Kurzschlußströmen. Bei der Abschaltung niedrigerer Ströme erreicht der Druck nicht den für das Zusammendrücken der Feder 7 erforderlichen Wert.

Fig. 4 zeigt Beispiele von Bewegungs- und Druckkurven für einen Pufferschalter nach der Erfindung und für einen bekannten Schal-

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ter mit festem Kolben, wobei s den zurückgelegten Weg, ρ den Druck, i den Strom und t die Zeit bezeichnen. Die Kurven bedeuten im einzelnen folgendes:

s. = Kontak^bewegung

S₂ = Kolbenbewegung (mit Strom)

P₁ = Leerlaufdruck

Pp = Druck mit beweglichem Kolben (mit Strom)

P^ = Druck mit festem Kolben (mit Strom).

Im unteren Diagramm ist der über den Schalter zur selben Zeit fließende Strom i dargestellt.

t. bezeichnet den Zeitpunkt des Stromnulldurchganges, bei deci der Strom übe." den Schalter nach der Erfindung erlischt. Bei dem bekannten Schalter mit festem Kolben ist der Blasdruck in diesem Zeitpunkt bedeutend niedriger,und wahrscheinlich würde es bei einem solchen Schalter nach dem Nulldurchgang zu einer Wiederzündung korunen.

In Fig. 4 ist der Einfachheit halber angenommen, daß die Kontaktbewegung s^· in allen drei Fällen, also bei Leerlauf und bei Kurz-, schlußstrom mit beweglichem bzw. mit festem Kolben gleich ist. In Wirklichkeit wird diese Bewegung bei stromdurchflossenem Schalter am Ende etwas gebremst.

Die Kurve pp zeigt deutlich, daß ein Schalter, der gemäß der Erfindung einen beweglichen Kolber. hat, während eines bedeutend

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längeren Zeitintervalls einen Blasdruck erzeugt, als ein Schalter mit festem Kolben. ■

Zum Unterschied von bekannten Pufferschaltern mit beweglichem federbelasteten Kolben nimmt bei dem Schalter nach der Erfindung der Kolben im geöffneten und im geschlossenen Zustand des Schalters dieselbe Lage ein, d.h. die Feder ist nicht am Ende des Öffnungsvorganges zusätzlich mechanisch komprimiert. Dadurch erzielt man den erheblichen Vorteil, daß der Kolben auch nach Beendigung der Kontaktbewegung arbeitet und den Blasdruck aufrechterhält, so wie es aus Fig. 4 hervorgeht.

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Claims (4)

Patentansprüche:

1.') Elektrischer Schalter mit selbsterzeugtem Löschgasstrom, mit einem festen und einem "beweglichen Kontakt und mit einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Komprimieranordnung, wobei der Kolben gegen die Wirkung einer Feder axial verschiebbar ist, während der Zylinder mit dem beweglichen Kontakt derart verbunden ist, daß Gas im Zylinderraum während eines Ausschaltvorgangs komprimiert wird und ein Löschgasstrom im Kontaktbereich entsteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (7) den Kolben (6) sowohl in der Einschaltwie in der Ausschaltstellung des Schalters gegen einen Anschlag (8) drückt, wobei die Feder (7) eine solche Vorspannung hat, daß sich der Kolben (6) nur dann bewegt, wenn der Gasdruck im Zylinderraum (11) einen Wert übersteigt, der größer als der Druck ist, der bei der Abschaltung des Betriebsnennstromes des Schalters erzeugt wird.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kolben (6) nur bei der Abschaltung von Kurzschlußströmen bewegt.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt (1) mit einer Blasdüse (5) zur Leitung des Löschgasstroms versehen ist.

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4. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3_t dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter in einer mit
elektronegatxvem Gas gefüllten Kammer eingekapselt ist.

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