-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckbehälter
für einen Schalter und insbesondere betrifft sie eine
Verbesserung eines Druckbehälters für einen Gasschalter des
Puffertyps zum Öffnen und Schließen einer elektrischen
Schaltung, und sie ist eine Teilanmeldung der EP-A-0 311
017.
-
Ein herkömmlicher Gasschalter des Puffertyps, welcher
zum Beispiel in der veröffentlichten ungeprüften
Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 59-88842 gezeigt ist,
wird unter Bezugnahme auf FIG. 5 beschrieben. FIG. 5 zeigt
eine Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen
Gasschalter des Puffertyps in einem Öffnungszustand seiner Kontakte
darstellt. Ein unterer Behälter 101 ist an einem
Bodenflansch 102 befestigt. Der untere Behälter 101 beinhaltet
für gewöhnlich Antriebswellen (nicht gezeigt) für drei
Phasen, welche an einen Betätigungsmechanismus angeschlossen
sind, und Hebel, welche die Antriebswellen und
Isolationsstangen 105 der jeweiligen drei Phasen verbinden. Da der
zuvor erwähnte Aufbau allgemein bekannt ist, sind die
Antriebswellen, Hebel und der Betätigungsmechanismus zur
Vereinfachung nicht gezeigt. Eine Isolationsröhre 103 enthält
Elemente 104 zur Lichtbogenlöschung und ist mit einem
Isolationsgas, wie zum Beispiel SF&sub6; gefüllt. Die
Isolationsröhre 103 weist ein Doppelgehäuse auf, das aus einem
inneren lichtbogenfesten Material 103a und einem äußeren
normalen Material 103b besteht. Ein Ende der Isolationsstange
105, welches an einen Antriebshebel (in der Figur nicht
gezeigt) in dem unteren Behälter 101 angeschlossen ist, ist
an ein Ende einer leitenden Kolbenstange 106 angeschlossen,
welche wechselweise in Richtungen angetrieben wird, die
durch Pfeile A und B gezeigt sind. An dem anderen Ende der
Kolbenstange 106 sind ein scheibenförmiger Kolben 107 und
ein beweglicher Kontakt 108 befestigt. Der Kolben 107
gleitet fest auf einer inneren Oberfläche 103C der
Isolationsröhre 103 und dadurch komprimiert und expandiert der Kolben
107 das Isolationsgas in einem unteren Raum 109 und einem
oberen Raum 110. Eine Isolationsdüse 111 ist mittels eines
Düsenverbinders 112 koaxial zum dem beweglichen Kontakt 108
auf dem Kolben 107 befestigt. Ein fester Kontakt 113, der
mit dem beweglichen Kontakt 108 zu verbinden ist, ist auf
einer oberen Abdeckung 115 befestigt. Wenn sich der
bewegliche Kontakt 108 in Kontakt mit dem festen Kontakt 113
befindet, ist die elektrische Schaltung, an welcher der
Schalter vorgesehen ist, geschlossen. Eine Zwischenposition
des beweglichen Kontakts 108 kontaktiert einen
Schleifkontakt 114 und daurch fließt ein elektrischer Strom aus dem
Schleifkontakt 114 zu dem beweglichen Kontakt 108 und
umgekehrt.
-
Eine Funktionsweise des zuvor erwähnten herkömmlichen
Schalters wird im Nachfolgenden beschrieben. Wen ein
Schließbefehl aus einer Steuervorrichtung (in der Figur
nicht gezeigt) ausgegeben wird, wird die Isolationsstange
105 von dem Betätigungsmechanismus linear angetrieben. Bei
einer Schließfunktion der Kontakte 108 und 113 wird die
Isolationsstange 105 in eine Richtung hochgeschoben, die
durch Pfeil A gezeigt ist. Wenn diese Wirkung fortbesteht,
werden der bewegliche Kontakt 108 und der feste Kontakt 113
an einer Position in der Nähe der Endposition der
Schließfunktion geschlossen. Zum Öffnen der Kontakte 108 und 113
wird die zu der vorher erwähnten umgekehrte Wirkung
durchgeführt.
-
Bei dem zuvor erwähnten herkömmlichen Schalter ist ein
elektrischer Strom in der Lage, zu fließen, wenn der
bewegliche Kontakt 108 und der feste Kontakt 113 miteinander
kontaktieren und der tatsächliche Pfad eines elektrischen
Stroms ist von dem Schleifkontakt 114 zu der Kolbenstange
106.
-
Der Druckbehälter des zuvor erwähnten herkömmlichen
Schalters ist mit einem Isolationsgas gefüllt, das
normalerweise
einen Druck von 2-5 kg/cm² aufweist. Der Druck des
Isolationsgases baut sich auf 10-20 kg/cm² auf, wenn der
elektrische Strom abgeschaltet ist. Deshalb muß die Dicke
der Isolationsröhre 103 zum Widerstehen eines solchen hohen
Drucks ausreichend dick sein. Und ebenso ist es schwierig,
die Dicke der Isolationsröhre 103 dünn genug zu machen,
wenn die Isolationsröhre 103 als ein Doppelgehäuse
hergestellt ist und das innere Teil 103a aus einem
lichtbogenfesten Material hergestellt ist, da die mechanische Kraft des
Isolationsmaterials gegen einen Druck verhältnismäßig
schwach ist.
-
Die FR-A-2 266 285 offenbart einen Schutzschalter, der
einen Druckbehälter aufweist, welcher innen teilweise mit
einer metallischen Beschichtung bedeckt ist. Diese
metallische Beschichtung ist in einem Bereich der Kontakte
vorgesehen und weist die Funktion von Strahlern,
Temperaturverteilern, Ringen eines elektrischen Feldes, Schutzschirmen
zum Schutz gegen Korrosion und Diffusion und als
Deflektoren für die Gasflüsse auf.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
verbesserten Druckbehälter für einen Schalter zur
Überwindung des vorhergehenden Problems zu schaffen.
-
Ein Druckbehälter für einen Schalter gemäß der
vorliegenden Erfindung weist die Merkmale von Anspruch 1 auf.
-
Weiter Ausführungsdetails sind in den Unteransprüchen
erwähnt.
-
Das Nachfolgende ist eine detaillierte Beschreibung der
vorliegenden Erfindung, die in Verbindung mit der
beiliegenden Zeichnung durchgeführt wird, in welcher:
-
FIG. 1 eine Querschnittsansicht zeigt, die einen Aufbau
eines Druckbehälters für einen Schalter mit dem
darin enthaltenen Schaltmechanismus darstellt, bei
der die Kontakte geöffnet sind;
-
FIG. 2 eine Querschnittsansicht zeigt, die den
Druckbehälter in FIG. 1 darstellt, bei der die Kontakte
geschlossen sind;
-
FIG. 3 eine Querschnittsansicht zeigt, die Details des
Druckbehälters in FIG. 2 darstellt;
-
FIG. 4 eine Querschnittsansicht zeigt, die ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel des Druckbehälters gemäß der
vorliegenden Erfindung darstellt, der alleine zu
sehen ist; und
-
FIG. 5 eine Querschnittsansicht zeigt, die einen
herkömmlichen Druckbehälter für einen Schalter darstellt.
-
Zuerst wird ein Aufbau eines Druckbehälters für einen
Schalter in Verbindung mit dem Schaltmechanismus
beschrieben, wobei Bezug auf die Figuren 1 bis 3 genommen wird. Für
genauere Details des Schaltmechanismusses wird auf die
zuvor erwähnte EP-A-0 311 017 verwiesen.
-
FIG. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, die den
Schaltmechanismus und den Druckbehälter unter der Bedingung
darstellt, daß die Kontakte geöffnet sind, FIG. 2 zeigt eine
Querschnittsansicht, die den Schaltmechanismus und den
Druckbehälter, die in FIG. 1 gezeigt sind, unter der
Bedingung darstellt, daß die Kontakte geschlossen sind, und FIG.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht, die die Details in FIG. 2
darstellt.
-
In den Figuren ist ein unterer Behälter 1 auf einem
Bodenflansch 2 befestigt und enthält Antriebwellen für alle
drei Phasen, die von einem Betätigungsmechanismus
angetrieben werden, und Isolationsstangen, welche an die
Antriebswellen
angeschlossen sind. Da die Antriebswellen und der
Betätigungsmechanismus technisch bekannt sind, sind sie zur
Vereinfachung der Zeichnung in der Figur nicht gezeigt. Des
weiteren ist lediglich eine Isolationsstange 5 in der Figur
gezeigt. Eine Isolationsröhre 3 enthält
Lichtbogenlöschungselemente 4 und ist mit einem Isolationsgas, wie zum
Beispiel SF&sub6;, gefüllt. Die Lichtbogenlöschungselemente 4
bestehen zum Beispiel aus einer Isolationsstange 5, einer
leitenden Kolbenstange 6, einem zylindrischen Kolben 7 und
einem beweglichen Lichtbogenkontakt 8. Die Isolationsstange
5 ist nicht an den Antriebshebel angeschlossen. Die
leitende Kolbenstange 6 wird wechselweise in Richtungen
angetrieben, die durch Pfeile A und B gezeigt sind, und ist an eine
Ende der Isolationsstange 5 angeschlossen. Der zylindrische
Kolben 7 und ein beweglicher Lichtbogenkontakt 8 sind an
dem anderen Ende der Kolbenstange 6 befestigt. Die
Isolatiansröhre 3 ist mit einem röhrenförmigen Leiter 15 geformt.
Der Kolben 7 und ein Schleifkontakt 14, welcher koaxial an
der äußeren Oberfläche des Kolbens 7 vorgesehen ist,
schleifen auf einer inneren Oberfläche 15a des
röhrenförmigen Leiters 15.
-
Das Isolationsgas in einem unteren Raum 9 und einem
oberen Raum 10 wird von der Bewegung des Kolbens 7
komprimiert und expandiert. Eine Isolationsdüse 11 ist mittels
eines Düsenverbinders 12 koaxial zu dem beweglichen
Lichtbogenkontakt 8 auf dem Kolben 7 befestigt. Ein fester
Kontakt 13, der mit dem beweglichen Lichtbogenkontakt 8 zu
verbinden ist und der eine röhrenförmige Form aufweist, ist
auf einem oberen Anschluß 18 befestigt. Wenn sich eine
äußere Oberfläche 8a des beweglichen Lichtbogenkontakts 8 in
Kontakt mit einer inneren Oberfläche 13a des festen
Kontakts 13 befindet, ist eine elektrische Schaltung, welche
an den Schalter anzuschließen ist, geschlossen. Mehrere
Stromsammler 16 sind in dem zylindrischen Kolben 7
kreisförmig um den beweglichen Kontakt 8 herum vorgesehen. Wenn
sich der bewegliche Kontakt 8 in Kontakt mit dem festen
Kontakt 13 befindet, befinden sich die Stromsammler 16
ebenso in Kontakt mit einer äußeren Oberfläche 13b des
festen Kontakts 13. Die Stromsammler 16 dienen als ein
beweglicher Hauptkontakt. Ein unterer Anschluß 17 befindet sich
elektrisch in Kontakt mit dem röhrenförmigen Leiter 15 und
ist an einer Zwischenposition der Isolationsröhre 3
vorgesehen. Ein oberer Behälter 19 ist auf dem oberen Anschluß
18 befestigt und dadurch ist das Isolationsgas in der
Isolationsröhre 3 eingeschlossen. Wie es in FIG. 3 gezeigt
ist, sind zwei Kompressionsfedern 30 und 31 zwischen einer
inneren Oberfläche 7a des Kolbens 7 und einer äußeren
Oberfläche 16a jedes Stromsammlers 16 vorgesehen, um
Kontaktdrücke an Positionen C und D auszuüben.
-
Bei einem Schaltmechanismus, der wie zuvor erwähnt
gebildet ist, fließt der elektrische Strom in der Reihenfolge
von dem oberen Anschluß 18, durch den festen Kontakt 13,
den Stromsammler 16, welcher als ein beweglicher
Hauptkontakt dient, den Kolben 7, den Schleifkontakt 14, den
röhrenförmigen Leiter 15 zu dem Bodenanschluß 17, wenn die
Kontakte 8 und 13 miteinander kontaktieren. Wenn ein
Auslösesignal ausgegeben wird (zum Beispiel mittels eines
Flusses eines Störungs-Überstroms), werden bewegliche Elemente
der Lichtbogenlöschungselemente 4, wie zum Beispiel der
Kolben 7, der bewegliche Lichtbogenkontakt 8, die
Stromsammler 16 und so weiter von einer Wirkung des
Betätigungsmechanismusses (der in der Figur nicht gezeigt ist, da er
technisch bekannt ist) in eine Richtung getrieben, die
durch Pfeil B gezeigt ist. Wenn sich der Kolben 7 in die
Richtung bewegt, die durch Pfeil B gezeigt ist, wird das
Isolationsgas in dem unteren Raum 9 komprimiert und das
Isolationsgas in dem oberen Raum 10 wird expandiert. Danach
entfernt sich der Stromsammler 16 in Übereinstimmung mit
einer Bewegung des beweglichen Elements der
Lichtbogenlöschungselemente 4 von dem festen Kontakt 13 in der
Richtung, die durch Pfeil B gezeigt ist. Wenn sich der
bewegliche Lichtbogenkontakt 8 von dem festen Kontakt 13 entfernt,
wird ein Lichtbogen entladen. Durch solche Wirkungen wird
der Druck des Isolationsgases in dem unteren Raum höher als
jene der Gase in anderen Räumen. Wenn ein Druckaufbau
aufgrund der Lichtbogenentladung ungefähr über einem Nullpunkt
des Stroms ist, fließt das Isolationsgas in dem unteren
Raum 9, in dem der Druck des Isolationsgases hoch ist, zu
einem anderen Raum, in dem die Drücke niedriger als in dem
Bodenraum 9 sind. Zum Beispiel fließt ein Gas, das durch
ein Loch 7b des Kolbens 7 hindurchgeht, durch ein Loch 11a
der Düse 11 und ein Loch 13c des festen Kontakts 13 zu dem
oberen Raum 10 und den oberen Behälter 19 und ein anderes
Gas, das durch einen Spalt 6a zwischen der Isolationsröhre
3 und der Kolbenstange 6 hindurchgeht, fließt zu einem
inneren Raum 1a des Bodenbehälters 1.
-
Zu diesem Zeitpunkt kollidiert das Isolationsgas, das
von dem Bodenraum 9 zu dem oberen Raum 10 fließt, mit dem
Lichtbogen, der mittels der Entladung zwischen dem festen
Kontakt 13 und dem beweglichen Kontakt 8 erzeugt wird.
Demgemäß wird der Lichtbogen mittels des Flusses des
Isolationsgases gekühlt und verstreut und schließlich wird der
Lichtbogen gelöscht. Wenn der Lichtbogen gelöscht ist, ist
das Ausschalten der Schaltung beendet. Bei einer
Funktionsweise zum Schließen des Schalters bewegen sich die
beweglichen Elemente der Lichtbogenlöschungselemente 4 in einer
umgekehrten Richtung, die durch Pfeil A gezeigt ist, und
der Schalter wird mittels eines Kontakts der Stromsammler
16 (welche als ein beweglicher Hauptkontakt dienen) und des
festen Kontakts 13 geschlossen.
-
Bei dem zuvor erwähnten Aufbau ist das Isolationsgas in
der Isolationsröhre 3 mit einem Druck von ungefähr 2-5
kg/cm² eingeschlossen. Deshalb entsprechen eine Belastung
δγ in Radialrichtung und eine Belastung δφ in
Umfangsrichtung dem Druck des Isolationsgases, der immer auf die
Isolationsröhre 3 wirkt. Für gewöhnlich wird die
Isolationsröhre 3, die den inneren röhrenförmigen Leiter 15 aufweist,
mittels eines Gußformverfahrens in einem Temperaturbereich
von 150-200ºC hergestellt. Wenn die Isolationsröhre 3 von
dem zuvor erwähnten Hochtemperaturbereich auf die
Normaltemperatur gekühlt wird, wird die Isolationsröhre 3
gehärtet und zieht sich zusammen, und der röhrenförmige Leiter
15 zieht sich ebenso proportional zu der
Temperaturdifferenz zusammen. Hierbei ist die Belastung δφ in
Umfangsrichtung der Isolationsröhre 3 immer im Kompressionszustand,
wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des röhrenförmigen
Leiters 15 größer als der der Isolationsröhre 3 ist (da die
Belastung δφ in Umfangsrichtung für gewöhnlich größer als
die Belastung δγ in Radialrichtung ist).
-
Wenn ein Druck des Isolationsgases auf die innere
Oberfläche der Isolationsröhre 3 wirkt (der höchste Druckteil
ist in dem unteren Raum 9, in dem das Isolationsgas
komprimiert ist), wirkt die Belastung in Umfangsrichtung der
Isolationsröhre 3 als eine Zugbelastung. Jedoch ist bereits
die Druckbelastung aufgrund der thermischen Kontraktion auf
die Isolationsröhre 3 ausgeübt worden. Deshalb können
mittels eines Auswählens eines Isolationsmaterials, wie zum
Beispiel Epoxydharz, und eines leitenden Materials, wie zum
Beispiel Aluminium, als Materialien der Isolationsröhre 3
und des röhrenförmigen Leiters 15, welcher einen größeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten als den des
Isolationsmaterials aufweist, die zuvor erwähnte Druckbelastung und die
Zugbelastung in dem Druckbehälter ausgelöscht werden.
Deshalb kann ein Kriechbruch der Isolationsröhre 3 oder eine
Zerstörung der Isolationsröhre 3 aufgrund des plötzlichen
Druckaufbaus beim Unterbrechen der Schaltung verhindert
werden.
-
Des weiteren nimmt der röhrenförmige Leiter 15 einen
abnormal hohen Druck des Isolationsgases auf, welcher bei
einem Störungs-Überstromunterbrechen auftreten kann. Das
heißt, der röhrenförmige Leiter 15 dient als eine
Verstärkung der Isolationsröhre 3 für ein teilweises Aufnehmen der
inneren Belastung der Isolationsröhre 3. Als Ergebnis kann
die Dicke der Seitenwand der Isolationsröhre 3 dünn gemacht
werden.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Druckbehälters
gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf
FIG. 4 beschrieben. In FIG. 4 ist ein zweiter
röhrenförmiger Leiter 22 koaxial zu der äußeren Oberfläche des
röhrenförmigen Leiters 15 vorgesehen. Der zweite röhrenförmige
Leiter 22 ist an dem röhrenförmigen Leiter 15 mit einer
elektrischen Leitfähigkeit dazu befestigt. Hierbei ist als
ein Material des zweiten röhrenförmigen Leiters 22 ein
leitendes Material geeignet, das einen größeren
Wärmeausdehnungskoeffizienten als den des Materials der
Isolationsröhre 3 und einen kleineren als den des leitenden Materials
des röhrenfönnigen Leiters 15 aufweist. Dadurch können
Absolutwerte der Differenz der Belastungen, die auf die
Isolationsröhre und den zweiten röhrenförmigen Leiter 22
wirken, oder die auf den zweiten röhrenförmigen Leiter 22 und
den röhrenförmigen Leiter 15 wirken, verringert werden.
Demgemäß kann ein Ausziehbruch, der an einer Grenze
zwischen der Isolationsröhre 3 und dem zweiten röhrenförmigen
Leiter 22 auftritt, verhindert werden.
-
In dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel können die
Isolationsröhre 3, die den Schaltmechanismus und die
Lichtbogenlöschungselemente eines Schalters enthält, für alle
Arten von Druckbehältern verwendet werden, die aus Harz
hergestellt sind.
-
Ebenso ist in dem zuvor erwähnten Ausführungsbeispiel
der röhrenförmige Leiter 15 auf einem Umfangs teil des
unteren Raums 9 vorgesehen, in dem der Druck des
Isolationsgases der höchste wird. Jedoch gibt es einen Fall, daß der
Druck des Isolationsgases, das das Lichtbogenentladungsteil
zwischen dem beweglichen Lichtbogenkontakt 8 und dem festen
Kontakt umgibt, der höchste wird. Deshalb kann ein Aufbau,
der dem zuvor erwähnten ähnlich ist, daran angewendet
werden.
-
Des weiteren ist in dem zuvor erwähnten
Ausführungsbeispiel die Isolationsröhre 3 mit dem eingeführten
röhrenförmigen Leiter 15 ausgebildet. Der röhrenförmige Leiter 15
ist nicht notwendigerweise leitend, wenn ein Verfahren zum
Sammeln eines elektrischen Stroms angewendet wird, das
ähnlich dem Stand der Technik zum Korrigieren des elektrischen
Stroms von dem Zwischenabschnitt der Kolbenstange 6 ist.