DE3242012C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät mit einer Vorrichtung zur Einstellung der Bewegungs- bzw. Schaltgeschwindigkeit eines Lichtbogenkontaktes, mit zwei im Schaltgerät vorge­ sehenen Hauptkontaktteilen, mit einem für das eine Haupt­ kontaktteil vorgesehenen und dessen Bewegung in Trenn­ richtung mitmachenden Lichtbogenkontakt, mit einem an einem den Lichtbogenkontakt tragenden Träger angeordneten Kolben, der von einem vorrichtungsfesten Zylinder aufge­ nommen ist, und mit mindestens einer im Zylinder ausge­ bildeten Düsenöffnung sowie mindestens einer im Träger ausgebildeten Düsenöffnung, die die Innenseite und die Außenseite des Zylinders miteinander verbinden und die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes relativ zur Bewegung des Hauptkontaktteiles steuern.

Derartige Schaltgeräte finden beispielsweise Verwendung bei einem gasisolierten Stromkreis-Leistungsschalter oder -schutzschalter in Kraftwerken, um eine Beschädigung der Hauptkontaktteile durch eine Lichtbogenentladung zu verhindern. Zahlreiche der in Kraftwerken verwendeten Schaltgeräte müssen die Fähigkeit zur Unterbrechung des sie durchfließenden Stromes besitzen. Ein Schutzschalter oder Leistungsschalter muß beispielsweise in der Lage sein, sowohl einen zufällig auftretenden Überstrom als auch den normalen Nennstrom zu unterbrechen. Ein Trennschalter muß andererseits auch die Fähigkeit zur Unterbrechung des Schleifenstromes besitzen, der beim Schalten von Systemen auftritt. Weiterhin muß ein Erdungsschalter einen Strom unterbrechen können, der in einem Bereitschafts- oder Reservestromkreis durch Induktion in einem anderen Stromkreis induziert wird.

Bei der Unterbrechung eines Stromes tritt zwischen den Hauptkontaktteilen des Schaltgerätes ein Lichtbogen auf. Um eine Beschädigung der Hauptkontaktteile durch diesen Lichtbogen zu verhindern, ist das Schaltgerät mit Licht­ bogenkontakten versehen, die von den Hauptkontaktteilen getrennt sind. Im vorliegenden Falle macht der Lichtbogen­ kontakt die Bewegung des beweglichen Hauptkontaktteiles mit.

Ein Schaltgerät der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 10 71 190 bekannt, wobei dort mehrere, ineinander angeordnete Zylinder vorgesehen sind, die Ausblas- oder Düsenöffnungen aufweisen, um das Löschgas hindurchtreten zu lassen. Die Düsenöffnungen sind dort als Bohrungen ausgebildet, welche in den hohlen Zylindern in radialer Richtung verlaufen. Wenn sich bei der bekannten Anordnung ein Schaltstück nach unten bewegt, erreicht es eine Stellung, in welcher der Kolben die Bohrungen in dem äußeren Zylinder verdeckt. In dieser Stellung befinden sich die Bohrungen im mittleren und inneren Zylinder auf gleicher Höhe, so daß der Druck im Inneren des äußeren Zylinders auf den Druck im Inneren eines an den inneren Zylinder angeschlossenen Rohres absinkt.

Bei der dort beschriebenen Anordnung ist somit erforderlich, daß die beiden radial verlaufenden Bohrungen in axialer Richtung auf gleiche Höhe gebracht werden, damit die radiale Verbindung geschaffen wird. Außerdem muß dafür gesorgt werden, daß die radialen Bohrungen auch in Umfangsrichtung miteinander ausgefluchtet sind, um eine Strömungsverbindung für das Löschgas zu schaffen. Somit sind Führungen erforderlich, um die exakte Ausfluchtung der Bohrungen im Betrieb zu gewährleisten.

In der DE-OS 21 12 381 ist ein Trennschalter mit zwei hintereinander geschalteten Schaltern beschrieben, von denen einer zur Überbrückung eines Widestandes vorgesehen ist. Dem einen Schalter in Form eines Schaltstiftes ist ein Rohrkontakt zugeordnet, der zur Abführung von Löschgas dient, eine Ventilfunktion für das Löschgas hat und zugleich einen Lichtbogenkontakt darstellt, der für seine Bewegung über einen Teil des Hubes des Schaltstiftes mit einem durch eine Feder belasteten Kolben gekoppelt und in einem Zylinder beweglich angeordnet ist. Durch Beaufschlagung des Kolbens des Lichtbogenkontaktes kann dieser in axialer Richtung des Trennschalters bewegt werden, wobei dort keinerlei Düsenöffnungen vorgesehen sind, mit denen sich die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes relativ zur Bewegung eines Hauptkontaktteiles steuern läßt.

Die DE-PS 7 16 685 beschreibt einen Hochleistungsschalter mit einem für das eine Hauptkontaktteil vorgesehenen und dessen Bewegung in Trennrichtung mitmachenden Lichtbogen­ kontakt, wobei der Kolben des Lichtbogenkontaktes einer­ seits von einer Druckfeder und andererseits vom Druck des Löschgases beaufschlagbar ist, um den Lichtbogenkontakt in der einen oder anderen axialen Richtung zu bewegen. Bei der dort beschriebenen Anordnung sind jedoch keiner­ lei Düsenöffnungen am Lichtbogenkontakt oder seinem Träger vorgesehen, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes relativ zur Bewegung des Hauptkontakt­ teiles zu steuern.

Weitere Ausführungsformen von Leistungsschaltern mit einem beweglichen und einem festen Hauptkontaktteil sind in der DE-AS 11 05 949, der DE-OS 20 44 643 und der GB-OS 20 61 008 beschrieben, wobei die beweglichen Haupt­ kontaktteile mit Kolben versehen sind, um sie in der einen oder anderen axialen Richtung zu bewegen. Beim Öffnen der jeweiligen Schalter wird Löschgas abgelassen, um den entstehenden Lichtbogen zu löschen, wobei in den genannten Druckschriften eine Steuerung der Bewegungs­ geschwindigkeit von Lichtbogenkontakten relativ zur Bewegung des Hauptkontaktteiles mittels Düsenöffnungen nicht angesprochen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät der eingangs genannten Art anzugeben, das bei enfachem Aufbau eine zuverlässige Einstellung der Schaltgeschwindig­ keit gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Schaltgerät der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß die Düsen­ öffnung des Trägers durch mehrere Düsennuten gebildet ist, die in Längsrichtung des Trägers verlaufen und in dessen Außenumfang eingearbeitet sind, wobei die Düsennuten am Außenumfang des Trägers in Umfangsabständen verteilt so angeordnet sind, daß sie im Verlauf der Ausschaltung aus dem Zylinder heraustreten, so daß mit ihnen eine Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Zylinders herstellbar ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Schaltgerät wird das angestrebte Ziel in zufriedenstellender Weise erreicht. Dabei sind keinerlei Führungen zur Ausrichtung des Trägers mit dem von ihm durchsetzten Zylinder erforderlich, denn für die jeweiligen Düsennuten im Träger ist es gleichgültig, welche winkelmäßige Zuordnung der Träger zu der von ihm durch­ setzten Stirnwand des Zylinders hat.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist vorgesehen, daß von dem am Außenumfang des Trägers ausge­ bildeten Düsennuten mindestens eine eine andere Länge besitzt als die übrigen Düsennuten.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist vorgesehen, daß die am Träger ausgebildeten Düsennuten jeweils eine sich in Längsrichtung des Trägers ändernde Querschnittsfläche besitzen.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist vorgesehen, daß die beiden Hauptkontaktteile ein vorrichtungs­ festes Hauptkontaktteil und ein bewegbares Hauptkontaktteil aufweisen und daß der Lichtbogenkontakt an der Seite des festen Hauptkontaktteiles angeorndet ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaltgerätes ist vorgesehen, daß in dem Zylinder noch eine weitere Öffnung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Aus­ führungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Trennschalters;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Trennschalter gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teillängsschnitt einer Vorrichtung zur Einstellung der Bewegungs- bzw. Schaltge­ schwindigkeit eines Lichtbogenkontaktes bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen in weiter vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 3;

Fig. 5 eine graphische Darstellung der von einem Lichtbogenkontakt und einem Hauptkontaktteil bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 zurückge­ legten Strecke in Abhängigkeit von der Zeit;

Fig. 6 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene, teilweise weggebrochene Seitenansicht einer Vorrichtung zur Einstellung der Bewegungs- bzw. Schaltgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes gemäß einer anderen Ausführungsform;

Fig. 7A einen Schnitt längs der Linie VIIA-VIIA in Fig. 6;

Fig. 7B einen Schnitt längs der Linie VIIB-VIIB in Fig. 6;

Fig. 7C einen Schnitt längs der Linie VIIC-VIIC in Fig. 6; und

Fig. 8 eine der Fig. 6 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Nachstehend ist nunmehr ein mit zwei Schalt­ strecken versehener Trennschalter beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein allgemein als Zweipunkt-Trennschalter bezeichnetes Schaltgerät mit zwei Trennstrecken. Fig. 2 zeigt ein spezifisches Beispiel für den Aufbau der stationären Seite des Trennschalters. Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen wesentlichen Teil der Anordnung gemäß Fig. 2.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist ein Behälter 1, der ein einen Lichtbogen löschendes Löschgas enthält, mit isolierenden Distanzstücken 2 und 3 verschlossen bzw. abgedichtet. An den Distanzstücken 2 und 3 sind Leiter 4 bzw. 5 befestigt. Gemäß Fig. 2 ist am Leiter 4 eine Ab­ schirmung 6 mit einer Öffnung 6 a angebracht. Die Ab­ schirmung 6 besteht aus einem leitenden Werkstoff. In der Abschirmung 6 ist ein ihrer Öffnung 6 a zugewandtes feststehendes Hauptkontaktteil 7 angeordnet, das an der Abschirmung 6 befestigt und elektrisch mit ihr verbunden ist. An der Abschirmung 6 ist ferner mit seinem einen Ende ein Isolator 8 befestigt, an dessen anderem Ende ein Zylinder 9 angebracht ist.

Ein leitfähiger Träger 10 durchsetzt das feste Hauptkontakt­ teil 7 und ist im Zylinder 9 bewegbar gelagert. An dem einen Ende des leitfähigen Trägers 10 ist ein Lichtbogen­ kontakt 10 a angebracht, der einen wiederholt auftretenden Lichtbogen aushalten kann. Der Träger 10 ist über den vorrichtungsfesten Zylinder 9 mit dem anderen Ende des Isolators 8 verbunden. Ein bewegbares Hauptkontaktteil 13 ist an seinem einen Ende mit einem Lichtbogenkontakt 13 a versehen, der einen wiederholt auftretenden Lichtbogen auszuhalten vermag. Wenn sich das bewegbare Hauptkontakt­ teil 13 gemäß Fig. 2 nach rechts bewegt, trennt es sich vom feststehenden Hauptkontaktteil 7 und anschließend vom Lichtbogenkontakt 10 a.

Weitere Lichtbogenkontakte 10 b und 22 sind als zweite Lichtbogenkontaktteile mit den ersten Lichtbogenkontakten 10 a und 13 a in Reihe geschaltet. Von den zweiten Licht­ bogenkontaktteilen ist der bewegbare Lichtbogenkontakt 10 b einstückig mit dem Lichtbogenkontakt 10 a ausgebildet, so daß er dieselbe Aufgabe wie der letztere erfüllt. Der Lichtbogenkontakt 22 befindet sich an der vorrichtungsfesten Seite. Eine Abschirmung 23 dient zur Verringerung der elektrischen Feldstärke zwischen den Lichtbogenkontakten 10 b und 22.

In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen 24, 25 und 27 Düsenöffnungen zur Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes 10 a. Ein durch eine Feder 11 vorbelasteter, bewegbarer Kolben 10 c ist in der Lage, das Löschgas in dem ein Federgehäuse bildenden Zylinder 9 zu komprimieren, um es über die Düsenöffnungen 24, 25 und 27 auszutreiben. Die zweiten Lichtbogenkontakte 10 b und 22 müssen vor oder nach dem Trennen der ersten Lichtbogen­ kontakte 10 a und 13 a voneinander getrennt werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die Bewegungsgeschwindig­ keit des Lichtbogenkontaktes 10 a währens seiner Betätigung bewußt zu verringern.

Diesem Erfordernis wird durch folgenden Aufbau genügt:
Wenn dem Trennschalter gemäß Fig. 2 ein Trennbefehl zuge­ führt wird, beginnt das bewegbare Hauptkontaktteil 13, sich nach rechts zu bewegen. Bei der Bewegung dieses bewegbaren Hauptkontaktteiles 13 wird der Lichtbogen­ kontakt 10 a durch die Feder 11 beaufschlagt, bis sich das bewegbare Hauptkontaktteil 13 vom festen Hauptkontakt­ teil 7 getrennt hat.

In Fig. 3 ist mit gestrichelten Linien die Stellung einge­ zeichnet, in welcher sich der Kolben 10 c befindet, wenn sich der Trennschalter vollständig im Schließzustand befindet. Wenn sich der Kolben 10 c aus der angegebenen Stellung über eine Strecke l 0 nach rechts verschiebt, wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes 10 a und des einstückig mit diesem ausgebildeten Kolbens 10 c noch nicht verringert, weil im Zylinder 9 eine Öffnung 24 vorgesehen ist. Wenn sich der Kolben 10 c über die Strecke l 0 hinausbewegt hat, kann das in dem durch den Zylinder 9 und den Kolben 10 c festgelegten Raum 26 eingeschlossene Löschgas nunmehr nur noch über eine enge Düsenöffnung 25 ausströmen, so daß der Druck im Raum 26 ansteigt.

Infolgedessen wird auf den Kolben 10 c eine entgegengesetzt zur Vorbelastungsrichtung der Feder 11 wirkende Gegenkraft ausgeübt. Hierdurch wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes 10 a schnell verringert. Wenn sich der Kolben 10 c über eine zusätzliche Strecke l 1 hinaus­ bewegt hat, treten die rechten Enden von im Umfang des Trägers 10 ausgebildeten Düsenöffnungen 27 aus dem Zylinder 9 aus, so daß der zylinderförmige Raum 26 über diese Düsenöffnungen bzw. Düsennuten 27 mit dem Bereich außer­ halb des Zylinders 9 in Verbindung gelangt. Wenn die Düsenöffnungen 27 das in Fig. 4 gezeigte Querschnitts­ profil besitzen, bei dem ihre Querschnittsfläche im Vergleich zur Düsenöffnung 25 ziemlich groß ist, fällt zu diesem Zeitpunkt der im zylinderförmigen Raum 26 herrschende Gasdruck schnell ab. Infolgedessen wird der Lichtbogen­ kontakt 10 a durch die Vorbelastungskraft der Feder 11 erneut beschleunigt. Der Kolben 10 c verschiebt sich weiter nach rechts, bis er die restliche Strecke l 2 zurückgelegt hat.

Wenn die anderen, dem Kolben 10 c benachbarten Enden der Düsenöffnungen 27 in einem Abstand l 3 vom Kolben 10 c angeordnet sind, verringert sich die Bewegungsgeschwindig­ keit des Lichtbogenkontaktes 10 a erneut, wenn der Kolben 10 c eine Stellung erreicht, in welcher er bei seinem Hub über die Strecke l 3 hinausgelaufen ist, wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt.

Fig. 5 zeigt die vom Lichtbogenkontakt 10 a und vom Kolben 10 c sowie auch die vom Hauptkontaktteil 13 zurückgelegten Strecken in Abhängigkeit von der Zeit. In Fig. 5 stehen die Kurven MC für den Hub des Hauptkontaktteiles 13 und die Kurve AC für den Hub des Lichtbogenkontaktes 10 a. Im Abschnitt a-b der Kurve AC wird der Lichtbogenkontakt 10 a mit derselben Geschwindigkeit wie das Hauptkontaktteil beschleunigt, im Kurvenabschnitt b-c trennt er sich vom Hauptkontaktteil 13, im Abschnitt c-d wird seine Ge­ schwindigkeit verringert, im Abschnitt d-e steigt seine Geschwindigkeit wieder an, und im restlichen Teil der dem Hub entsprechenden Kurve wird seine erhöhte Geschwindigkeit aufrechterhalten.

Am Punkt P 1 wird der Lichtbogenkontakt 10 a schnell verzögert und damit von seinem gegenüberliegenden Licht­ bogenkontakt 13 a getrennt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Geschwindigkeit des Hauptkontaktteiles 13 nicht wesentlich geändert, so daß sich der Abstand zwischen den Lichtbogen­ kontakten 10 a und 13 a vergrößert, während der Lichtbogen­ kontakt 10 a die Strecke l 1 durchläuft. Praktisch gleich­ zeitig trennen sich die zweiten Lichtbogenkontakte 10 b und 22, wobei sich der Abstand zwischen ihnen anschließend allmählich vergrößert.

Wenn die vorstehend beschriebene Konstruktion auf einen Trennschalter oder einen Schutzschalter angewandt wird, kann die Geschwindigkeit der Lichtbogenkontakte ohne eine von außen einwirkende Kraft gesteuert werden. Mit anderen Worten, es können auf diese Weise der Zeitpunkt, zu dem sich der Lichtbogenkontakt 10 a und das Hauptkontaktteil 13 trennen, eingestellt und außerdem der Abstand zwischen diesen Kontakten nach ihrer Trennung gesteuert werden.

Fig. 6 zeigt eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung zur Einstellung der Bewegungs- bzw. Schaltgeschwindigkeit eines Lichtbogenkontaktes, bei der der Träger 10 mit in seinem Umfang ausgebildeten Düsennuten 27 als Düsen­ öffnungen versehen ist, die jedoch untereinander ver­ schiedene Längen besitzen. Wenn sich bei dieser Anordnung der Träger 10 nach rechts aus dem als Federgehäuse wirkenden Zylinder 9 herausbewegt, ändert sich das Querschnittsprofil der mit dem zylinderförmigen Raum 26 und mit der Außen­ seite des Zylinders 9 kommunizierenden Düsennuten 27 fortschreitend vom Querschnittsprofil gemäß Fig. 7a über das Querschnittsprofil gemäß Fig. 7b zum Querschnittsprofil gemäß Fig. 7c. Auf diese Weise kann somit eine gleichmäßigere Beschleunigung und Verzögerung des Lichtbogenkontaktes 10 a erreicht werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung. Dabei ist, ähnlich wie in Fig. 2, der Träger 10 in seinem Umfang mit Düsennuten 27 als Düsenöffnungen ver­ sehen. Bei dieser Ausführungsform vergrößern sich jedoch Breite und Tiefe der Düsennuten 27 linear vom Lichtbogen­ kontakt 10 a weg. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ändert sich hierbei somit die Querschnittsfläche der Düsennuten 27 bei der Bewegung des Trägers 10 fortschreitend, so daß die gleiche Wirkung wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 erzielt wird.

Obgleich sich die vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung auf Trennschalter beziehen, sind sie gleicher­ maßen auf andere vergleichbare Arten von Schaltgeräten anwendbar. Die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungs­ formen vorgesehenen Düsenöffnungen 25 können unter Erzielung der gleichen Wirkung auch durch zweckmäßige Nuten bzw. Rillen ersetzt werden.

Claims (5)

1. Schaltgerät mit einer Vorrichtung zur Einstellung der Bewegungs- bzw. Schaltgeschwindigkeit eines Licht­ bogenkontaktes,
mit zwei im Schaltgerät vorgesehenen Hauptkontakt­ teilen (7, 13),
mit einem für das eine Hauptkontaktteil (13) vorgesehenen und dessen Bewegung in Trennrichtung mitmachenden Licht­ bogenkontakt (10 a),
mit einem an einem den Lichtbogenkontakt (10 a) tragenden Träger (10) angeordneten Kolben (10 c), der von einem vorrichtungsfesten Zylinder (9) aufgenommen ist,
und mit mindestens einer im Zylinder (9) ausgebildeten Düsenöffnung (25) sowie mindestens einer im Träger (10) ausgebildeten Düsenöffnung (27), die die Innenseite und die Außenseite des Zylinders (9) miteinander verbinden und die Bewegungsgeschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes (10 a) relativ zur Bewegung des Hauptkontaktteiles (13) steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung des Trägers (10) durch mehrere Düsen­ nuten ( 27) gebildet ist, die in Längsrichtung des Trägers (10) verlaufen und in dessen Außenumfang eingearbeitet sind, wobei die Düsennuten (27) am Außenumfang des Trägers (10) in Umfangsabständen verteilt so angeordnet sind, daß sie im Verlauf der Ausschaltung aus dem Zylinder (9) heraustreten, so daß mit ihnen eine Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Zylinders (9) herstellbar ist.

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den am Außenumfang des Trägers (10) ausgebildeten Düsennuten (27) mindestens eine eine andere Länge besitzt als die übrigen Düsennuten (27).

3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Träger (10) ausgebildeten Düsennuten (27) jeweils eine sich in Längsrichtung des Trägers (10) ändernde Querschnittsfläche besitzen.

4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hauptkontaktteile (7, 13) ein vorrichtungs­ festes Hauptkontaktteil (7) und ein bewegbares Hauptkontaktteil (13) aufweisen, und daß der Lichtbogenkontakt (10 a) an der Seite des festen Hauptkontaktteiles (13) angeordnet ist.

5. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinder (9) noch eine weitere Öffnung (24) vorgesehen ist.