DE4025553C2 - Druckgasschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Aus der DE-OS 37 20 816 ist ein gattungsgemäßer Schalter mit selbsterzeugter Löschgasströmung bekannt, der eine mit Isoliergas gefüllte Schaltkammer aufweist, mindestens zwei Schaltstücke, von denen mindestens eines beweglich ist, eine Kompressionseinrichtung, die bei der Schaltbewegung betätigt wird und aus einem Kompressionskolben und einem Kompressionszylinder mit Zylinderboden besteht. An den Kompressionszylinder schließt sich eine Druckkammer mit Isolierstoffdüse an. Im Zylinderboden befinden sich Durchlässe mit Ventilen, durch die - bei stromschwachen Lichtbögen - zusammengepreßtes Gas aus dem Kompressionsraum in die Druckkammer geblasen wird. Bei stromstarken Lichtbögen schließen sich die Ventile im Zylinderboden, so daß das Eindringen von Gas mit hohem Druck in den Kompressionsraum verhindert wird. Der hohe Druck im Kompressionsraum würde zu einer Bremsung der Abschaltbewegung führen. In einem anderen Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik sind im Kompressionskolben Entlüftungsöffnungen mit Ventilen angeordnet, die sich öffnen und Gas aus dem Kompressionsraum in die Schaltkammer strömen lassen, sobald der Druck im Kompressionsraum - verursacht durch einen stromstarken Lichtbogen - so groß ist wie der in der Druckkammer. Auf diese Weise soll eine zu starke Bremsung der Ausschaltbewegung durch den ansteigenden Druck im Kompressionsraum vermieden werden. Allerdings geht dieses Gas für eine Beblasung des Lichtbogens verloren.

Beim Ausschalten großer Ströme entsteht in der Druckkammer ein hoher Gasdruck, der kurz vor dem Stromnulldurchgang eine starke Löschmittelströmung hervorruft.

Solche Schalter neigen jedoch zu sogenannten späten Rückzündungen, die etwa 10 bis 40 ms nach der Stromunterbrechung unter Einwirkung der dann anstehenden wiederkehrenden Spannung entstehen. Dies erklärt sich daraus, daß aus der Druckkammer nur relativ heißes Gas und nur relativ kurze Zeit lang einströmen kann.

Aus der DE-OS 33 22 597 ist ein Druckgasschalter bekannt, dessen Kompressionsraum nach unten durch einen gegen die Kraft einer Feder verschiebbaren Boden begrenzt ist. Da der Druckgasschalter keine Verschlüsse aufweist, kann durch den Lichtbogen ionisiertes Gas in den Kompressionsraum eindringen.

Bei diesem Druckgasschalter ist eine verhältnismäßig große Antriebsenergie zum Komprimieren des für die Beblasung bestimmten Schutzgases erforderlich. Vor allem beim Ausschalten großer Ströme steigt durch die Lichtbogenenergie der Druck im Kompressionsraum erheblich an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Druckgasschalter so weiterzuentwickeln, daß das im Kompressionsraum eingeschlossene Gas bei möglichst geringer Antriebsleistung komprimiert wird und daß das komprimierte Gas für die Verhinderung einer späten Rückzündung genutzt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schalter durch die Merkmale des Anspruchs gelöst.

Vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Restvolumens zwischen den feststehenden Kolbenböden. Da die Kolbenböden nicht unter dem Druck einer Feder stehen, wird beim Komprimieren auch keine Federkraft überwunden; es wird also beim Ausschalten kurz vor der Ausschaltstellung das Restvolumen mit komprimiertem Gas gefüllt, wobei der Antrieb durch den damit verbunden Druckabfall im Kompressionsraum entlastet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die für die Beblasung wesentlichen Teile eines Schalters nach dem Stand der Technik im Schnitt, wobei der Schalter links der Symmetrieachse im eingeschalteten Zustand und rechts im ausgeschalteten Zustand gezeichnet ist;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schalters nach dem Stand der Technik im Schnitt, wobei der Schalter links der Symmetrieachse im eingeschalteten Zustand und rechts während der Unterbrechung eines kleinen Stromes gezeichnet ist;

Fig. 3 in den Diagrammen (a) bis (c), bei denen auf der Abszisse die Zeit aufgetragen ist, den Spannungs- bzw. Stromverlauf zwischen den Schaltstücken, den zurückgelegten Weg des beweglichen Schaltstücks beim Ausschalten und den Druckverlauf in Druckkammer und Kompressionsraum in einem Schalter nach dem Stand der Technik und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwischen zwei Böden des Kompressionskolbens ein Volumen zum Zwischenspeichern von Löschgas vorhanden ist.

Die Teile nach den Fig. 1, 2 und 4 sind, soweit sie untereinander übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Selbstblasschalter nach dem Stand der Technik. Die Schaltbewegung wird mit einer Antriebsstange (1) vollzogen, die mit einem beweglichen Schaltstück (2), einem Kompressionszylinder (3), der einen ebenen Zylinderboden (4) aufweist, und mit einer Isolierstoffdüse (5) fest verbunden ist. Beim Ausschalten trennen sich das bewegliche Schaltstück (2) und ein feststehendes Schaltstück (6). Dabei entsteht zwischen den Schaltstücken (bewegliches Schaltstück 2, feststehendes Schaltstück 6) ein Lichtbogen. Stromschwache Lichtbögen - wie sie im Rahmen des Normalbetriebs auftreten - werden mit einer Kompressionseinrichtung beblasen; bei diesem Vorgang schiebt sich der Kompressionszylinder (3) über einen Kompressionskolben (7); auf diese Weise wird das Volumen eines Kompressionsraumes (8), der von dem Kompressionszylinder (3), dem Zylinderboden (4) und der Antriebsstange (1) begrenzt wird, verringert.

Das im Kompressionsraum (8) zusammengepreßte Gas strömt durch Durchlässe (9) im Zylinderboden (4) in eine Druckkammer (10), die von der Isolierstoffdüse (5) und dem beweglichen Schaltstück (2) begrenzt wird.

Aus der Druckkammer gelangt das Gas in den Bereich der Schaltstücke (bewegliches Schaltstück 2, feststehendes Schaltstück 6) und bebläst den Lichtbogen während der Ausschaltbewegung. In den Durchlässen (9) befinden sich Ventile (11), die eine Gasströmung nur in einer Richtung zulassen, nämlich aus dem Kompressionsraum (8) heraus in die Druckkammer (10). Bei stromschwachen Lichtbögen ist der Druck in der Druckkammer (10) niedriger als im Kompressionsraum (8), so daß die Ventile (11) sich öffnen.

Bei stromstarken Lichtbögen ist der Druck in der Druckkammer (10) größer als der im Kompressionsraum (8), weil infolge der großen thermischen Energie dieser Lichtbögen der Gasdruck in der Druckkammer (10) erheblich ansteigt. In einem solchen Fall bleiben die Ventile (11) geschlossen; dadurch dringt der hohe Druck nicht bis in den Kompressionsraum (8) vor, was zu einem Bremsen der Ausschaltbewegung infolge der Druckerhöhung im Kompressionsraum (8) führen würde. Das unter Druck stehende Gas in der Druckkammer (10) steht für die Beblasung des stromstarken Lichtbogens kurz vor dem Stromnulldurchgang zur Verfügung, weil vorher der Lichtbogen die Isolierstoffdüse (5) verstopft und dadurch ein Entweichen des Gases verhindert wird.

Die genannten feststehenden und beweglichen Teile des Druckgasschalters sind gasdicht untergebracht in einer Schaltkammer (12), die von einem Gehäuse (13), von einem mit dem feststehenden Schaltstück (6) leitend verbundenen Gehäusedeckel (14), von einem leitenden Zwischenstück, das in das Gehäuse (13) eingesetzt ist, und von einem - in den Zeichnungen nicht dargestellten - Gehäuseboden begrenzt wird.

Fig. 2 zeigt - mit seinen für den Schaltvorgang wesentlichen Elementen - ein weiteres Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik, das gegenüber dem nach Fig. 1 einen Unterschied aufweist: Im Kompressionskolben (7′) befinden sich Entlüftungsöffnungen (15), in denen Ventile (16) eingebaut sind. Die Ventile (16) öffnen sich gegen den Druck von Federn, sobald bei einem stromstarken Lichtbogen die Ventile (11) geschlossen sind und gleichzeitig durch die Ausschaltbewegung der Druck im Kompressionsraum (8) stark ansteigt.

In den Fig. 1, 2 und 4 sind die Öffnungen und Verschlüsse nicht dargestellt, die beim Einschalten eine Gasströmung von der Schaltkammer (12) aus in den Kompressionsraum (8) ermöglichen, dessen Volumen sich bei der Einschaltbewegung vergrößert.

Mit Fig. 3 lassen sich die Vorgänge in dem Schalter nach Fig. 2, der aus der DE-OS 37 20 816 (dort Fig. 2) bekannt ist, beim Ausschalten stromstarker Lichtbögen nachvollziehen.

Fig. 3a zeigt - in Abhängigkeit von der Zeit t - den Strom i bzw. die Spannung u zwischen den Schaltstücken (feststehendes Schaltstück 2, bewegliches Schaltstück 6) bei einem Schalter nach Fig. 2. Es ist der kritische Bereich eingetragen, in dem bei Schaltern nach dem Stand der Technik häufig Rückzündungen auftreten.

Fig. 3b gibt an, welchen Weg s das bewegliche Schaltstück (2) nach Fig. 2 über der Zeit zurücklegt. Ab dem Zeltpunkt t₁ sind die Schaltstücke (feststehendes Schaltstück 2, bewegliches Schaltstück 6) getrennt und es entsteht ein Lichtbogen.

Fig. 3c zeigt - über der Zeit t aufgetragen - in Kurve (20) den Druck p in der Druckkammer (10) eines Schalters gemäß Fig. 2 (Stand der Technik). In Kurve (21) ist der Druck p im Kompressionsraum (8) dargestellt. Zum Zeitpunkt t₂ öffnen sich die Ventile (16), die Gas ungenutzt in die Schaltkammer (12) strömen lassen, damit der Druck nicht zu hoch wird.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Kompressionskolben (7′′) zwei Kolbenböden (24) aufweist zwischen den Kolbenböden (24) ist ein Restvolumen (17). Die Wand des Kompressionskolbens (7′′) hat im Bereich zwischen den Kolbenböden (24) mehrere Öffnungen zur Wand des Kompressionszylinders (3). In der Einschaltstellung schließen Dichtungen zwischen den Kolbenböden (24) und der Wand des Kompressionszylinders (3) das Restvolumen (17) dicht ab. In der Nähe des Zylinderbodens (4) weist der Kompressionszylinder (3) in seinem Innern einen größeren Durchmesser auf. Wenn der Schalter sich in der Nähe der Ausschaltstellung befindet und der Zylinderboden (4) fast auf dem Kompressionskolben (7′′) aufliegt, strömt Gas aus dem Kompressionsraum (8) in das Restvolumen (17), weil durch den größeren Innendurchmesser des Kompressionszylinders (3) in der Nähe des Zylinderbodens (4) die Wirkung der Dichtungen zwischen den Kolbenböden (24) und dem Kompressionszylinder (3) aufgehoben ist.

Bezugszeichenliste

 1 Antriebsstange
 2 bewegliches Schaltstück
 3 Kompressionszylinder
 4 Zylinderboden
 5 Isolierstoffdüse
 6 feststehendes Schaltstück
 7; 7′; 7′′ Kompressionskolben
 8 Kompressionsraum
 9 Durchlässe
10 Druckkammer
11 Ventile
12 Schaltkammer
13 Gehäuse
14 Gehäusedeckel
15 Entlüftungsöffnung
16 Ventil
17 Restvolumen
18 Dichtungshalterung
20 Druck p in der Druckkammer
21 Druck p im Kompressionsraum
24 Kolbenböden

Claims (1)

1. Druckgasschalter mit

   • 1 einer mit Isoliergas gefüllten Schaltkammer,
   • 2 zwei eine Unterbrechungsstelle bildenden Kontaktstücken (2, 6), von denen
     • 2.1 mindestens eines fest mit einer Antriebsstange (1) verbunden ist,
   • 3 einer mit der Bewegung der Antriebsstange (1) betätigbaren Kompressionseinrichtung aus
     • 3.1 einem feststehenden, von der Antriebsstange (1) zentral durchsetzten Kompressionskolben (7, 7′, 7′′) und
     • 3.2 einem dagegen verschiebbaren, mit der Antriebsstange (1) fest verbundenen Kompressionszylinder (3) mit einem der Unterbrechungsstelle zugewandten Zylinderboden (4),
   • 4 einer zwischen der Kompressionseinrichtung und der Unterbrechungsstelle angeordneten Druckkammer (10) mit
     • 4.1 einer der Unterbrechungsstelle zugewandten Düse (5) aus Isolierstoff und mit
     • 4.2 einem den Kompressionsraum (8) und die Druckkammer (10) verbindenden Durchlaß (9),
       • 4.2.1 der mit einem Ventil (11) verschlossen ist,
         • 4.2.1.1 wenn der Druck in der Druckkammer (10) höher ist als der im Kompressionsraum (8) und
         • 4.2.1.2 den das Ventil (11) freigibt, wenn der Druck in der Druckkammer (10) niedriger ist als der im Kompressionsraum (8), wobei
   • 5 die Kompressionseinrichtung so bemessen ist, daß zur Löschung stromschwacher Lichtbögen Isoliergas komprimiert und durch den Durchlaß (9) in die Druckkammer geblasen wird,
     gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
   • 6 der Kompressionskolben (7′′) weist zwei feststehende Kolbenböden (24) auf,
     • 6.1 zwischen denen sich ein von der Antriebsstange (1) gasdicht durchsetzter Ringraum (17) befindet,
   • 7 der Ringraum (17) weist seitlich zur Wand des Kompressionszylinders (3) mindestens eine Öffnung auf,
     • 7.1 oberhalb und unterhalb jeder Öffnung sind umlaufende Dichtungen zwischen den Kolbenböden (24) und der Wand des Kompressionszylinders (3) angeordnet,
   • 8 der Kompressionszylinder (3) weist im Bereich seines Zylinderbodens (4) mindestens einen Abschnitt mit größerem Innendurchmesser auf, innerhalb dem jede Öffnung in der Wand des Ringraums (17) in der Nähe der Ausschaltstellung des Druckgasschalters liegt, wodurch der Ringraum (17) mit dem Kompressionsraum (8) verbunden ist.