DE656460C - Druckgasschalter - Google Patents

Description

Es sind Druckgasschalter bekannt, bei denen das zur Löschung des Lichtbogens erforderliche Druckgas während des Schaltvorganges erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist der bewegte Kontakt mit einem Kompressionskolben gekuppelt, der bei der Ausschaltbewegung die Luft in dem Kompressionszylinder verdichtet und dadurch eine Beblasung der Kontaktstelle bewirkt.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Dauer des Unterbrechungslichtbogens an den Kontakten sehr groß wird, da die Druckerzeugung erst während und sogar größtenteils erst nach der Kontakttrennung erfolgt und daher der Blasstrom an der Unterbrechungsstelle zu spät wirksam wird. Dadurch wird der Kontaktabbrand stark vergrößert und die Leistungsfähigkeit des Schalters nur in geringem Maße ausgenutzt.

Es ist auch eine Anordnung bekannt, bei der durch eine dem Kompressionshub entsprechende Kontaktüberschleifung erreicht wird, daß die Kontakttrennung erst nach Aufspeicherung eines gewissen Druckes erfolgt.

Durch den zusätzlichen Leerlaufweg wird hierbei jedoch der gesamte Kontaktweg unverhältnismäßig groß.

Schließlich ist noch eine Anordnung bekannt, bei der ein gemeinsamer Antrieb für die Ausschaltbewegung der Kontakte und für eine zur Druckgaserzeugung dienende Kompressionsvorrichtung in der Weise vorgesehen ist, daß die Kompressionsvorrichtung als Energiespeicher zwischen dem Antrieb und dem bewegten Schaltkontakt dient. Dabei ist der bewegte Schaltkontakt mit einem zweiten in dem Verdichtungsraum der Kompressionsvorrichtung vorgesehenen Kolben verbunden, dessen Bewegung zu Beginn des Kompressionsvorganges zunächst verhindert und dann druckabhängig freigegeben wird.

Eine solche Ausbildung ist deswegen nicht zweckmäßig, weil die Kompressionsvorrichtung so\vohl zur Druckgaserzeugung für die Blasung als auch für die Druckgaserzeugung zur Bewegung des mit dem bewegliehen Schaltkontakt verbundenen Kolbens bemessen sein muß und daher groß ausfällt. Der Wirkungsgrad des Energiespeichers für die Kontaktbewegung ist schlecht, da bei der vorgesehenen pneumatischen Übersetzung erhebliche Energieverluste durch Reibung und Undichtigkeiten entstehen. Weiter ergibt sich infolge des raschen starken Druckabfalles beim Bewegen des Ausschaltkolbens und der gleichzeitigen Freigabe der Ausströmöffnung eine nur langsame Schaltbewegung des beweglichen Kontaktes, so daß die Gefahr der Rückzündungen naheliegt. Auch in baulicher Hinsicht ergibt die bekannte Anordnung keine günstigen Verhältnisse.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, daß bei einem Druckgasschalter mit gemeinsamem Antrieb für die Ausschaltbewegung der Kontakte und für eine zur Druckgaserzeugung dienende Kompressionsvorrich-

tung, bei welchem beim Ausschaltvorgang der Antrieb während der Kompressionsbewegung einen Energiespeicher für die Kontaktbewegung auflädt, zwischen dem Antriebsgestänge der Kompressionsvorrichtung und dem bewegten Schaltstück Federn zwischengeschaltet sind und das bewegte Schaltstück in der Einschaltstellung während des Spannens der Federn festgehalten wird.

ίο Man erreicht dadurch, daß, obwohl nur eine Antriebsvorrichtung für die Kontaktbewegung und Druckgaserzeugung benötigt wird, die Kontaktbewegung völlig unabhängig von dem Kompressionsvorgang wird und daher trotz zeitlicher Verschiebung der beiden Vorgänge gegeneinander keine zusätzlichen Leerlaufwege in Kauf genommen zu werden brauchen. Ferner kann die Kontaktbewegung einerseits hinsichtlich ihres Geschwindigkeits-Verlaufes so gestaltet werden, wie es für die Stromunterbrechung und die Lichtbogenlöschung am günstigsten ist, während andererseits die Charakteristik der Kompressionsbewegung ohne Rücksicht auf die Kontaktbewegung den Anforderungen des Kompressionsvorganges angepaßt werden kann. Der Wirkungsgrad für die Energieübersetzung bei der Kontakttrennbewegung ist gut. Der bewegliche Kontakt wirkt dabei nach Art eines Schnellkontaktes und erreicht rasch eine solche Trennentfernung, daß keine Rückzündungsgefahr besteht.

An sich ist zwar bei Voraussetzung einer vollständig gedichteten Kompressionsanordnung die Art ihrer Bewegung vor dem Pffnen der Ausströmöffnungen gleichgültig; denn bei den in Frage kommenden Geschwindigkeiten wird das Gas stets praktisch adiabatisch verdichtet. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß es vorteilhaft ist, diese Verdichtung schnell (schlagartig) vor sich gehen zu lassen, um die durch die unvermeidlichen Undichtigkeiten der Anordnung bedingten Druckgasverluste, die der Zeit und dem Gasdruck proportional sind, möglichst niedrig zu halten. Zu diesem Zweck muß die in jedem Augenblick, bevor der Kompressionsraum Gas an den Sehaltraum abgibt, zur Verfügung stehende Antriebsleistung unter Berücksichtigung der Beschleunigung bzw. Verzögerung der Massen der Kompressionsanordnung und der Reibungsverluste größer sein als die zur adiabatischen Kompression theoretisch erforderliche Leistung. Wenn so verfahren wird, ist im Augenblick des Öffnens des Kompressionsraumes nach dem Schaltraum eine bestimmte Gasmenge mit dem gewünschten Druck vorhanden. Dieser Druck muß während des Löschstoßes, d.h. währendmindestens ¹Z₁₀₀ Sek., angenähert auf dieser Höhe gehalten werden, wobei das Absinken des Druckes nach der Löschung auf einen Druck, der zum Abriegeln erforderlich ist, abhängig ist von der Geschwindigkeit des Schaltstückes und dem Wert der wiederkehrenden Spannung. Bei der üblichen Schaltstückgeschwindigkeit von etwa 2 m/Sek. wird das Schaltstück nach Vioo Sek. einen Weg von etwa 2 cm zurückgelegt haben. Es genügt während dieser Zeit das Nachblasen, mit einem geringen Überdruck. Der Überdruck ist erforderlich, um ein restloses Reinigen der Überschlagstrecke zu erreichen und während der Verunreinigung durch nachströmende Ionen die Luftfestigkeit zu erhöhen. Es kann also, wenn nur kurz- 75 zeitig, etwa ²/₁₀₀ Sek., der Druck nicht zu stark abfällt, daran anschließend ein schneller Druckabfall erfolgen.

Deshalb ist es vorteilhaft, den Kraftspeicher für die Kompressionsvorrichtung so zu gestalten, daß das Kraft-Weg-Diagramm etwa hyperbolisch verläuft, aber die Kontakttrennung und das Öffnen des Kompressionsraumes nach der Schaltstelle in einem Zeitpunkt vorgenommen werden, bei dem die Kraft noch ansteigt, so daß mit Sicherheit erreicht wird, daß der Druckabfall beim Löschstoß gering bleibt.

Die Kraftreserve im Speicher bzw. in den bewegten Massen braucht danach nicht mehr groß zu sein, da nach etwa ²/₁₀₀ Sek. das Löschen und der gefährlichste Teil der Abriegelung bewältigt sind. Nach etwa ²J₁₀₀ Sek. erfolgt die Abriegelung durch die Entfernung des Schaltstückes auf natürlichem Wege. Als Unterstützung dient hierbei das Nachblasen mit geringem Druck.

Zur Erzielung der günstigsten Kraftverteilung kann ein Zusatzspeicher (Zusatzfeder) verwendet werden, der kurz vor dem Öffnen des Kompressionsraumes auf den Kolben eine zusätzliche Kraft ausübt und seine Kraft in kurzer Zeit, nämlich bis zum Abriegeln der Schaltstrecke, abgibt.

Die Größe des Kompressionszylinders wird nach der Abschaltleistung bestimmt. Für eine gegebene Abschaltleistung wird aus dem Durchmesser der Düse (experimentelle Untersuchungen) und der zur Löschung und Abriegelung erforderlichen Blaszeit das Volumen im Augenblick des Beginnes des Blasens ermittelt. Dieses Volumen setzt sich zusammen aus dem toten Raum und dem Kompressionsraum. Aus dem gewünschten Blasdruck ergibt sich daraus unter Berücksichtigung der adiabatischen Kompression und der Undichtigkeitsverluste das erforderliche Gasvolumen beim atmosphärischen Druck, d. h. vor der Kompression.

Experimentelle Untersuchungen ergeben bestimmte Beziehungen ,zwischen Druck, Düsendurchmesser und Schaltleistung. Das

für eine bestimmte Schaltleistung ermittelte Volumen des Zylinders kann für verschiedene Spannungen bzw. verschiedene Stromstärken unter Benutzung folgender Regeln verwendet . werden:

ι a) Je höher die Spannung ist, zu einem um so späteren Zeitpunkt erfolgt die Auslösung der Schaltstückbewegung, so daß die Beblasung mit einem um so höheren Druck ίο erfolgt.

ι b) Der Düsendurchtrittsquerschnitt bzw. der Durchtrittsquerschnitt vom Kompressionsraum zur Düse ist um so enger zu wählen, je höher die Spannung ist. 2a) Je größer der Strom ist, um so früher erfolgt die Auslösung der Schaltstückbewegung, so daß ein um so größeres Gasvolumen zur Blasung zur Verfügung steht.

2 b) Der Düsendurchtrittsquerschnitt bzw. der Durchtrittsquerschnitt vom Kompressionsraum zur Düse ist um so weiter zu wählen, je größer der Strom ist.

Zweckmäßig sieht man besondere Auslösevorrichtungen vor, durch die das Einsetzen der Kontaktbewegung in Abhängigkeit von der Stellung des Antriebsmechanismus der Kompressionsvorrichtung gebracht wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. ι zeigt einen Druckgasschalter mit dem Kompressionszylinder 1, in dem, sich der Kolben 2 bewegt. Der Schaltstift 3 besteht aus einer Röhre 27 und einem Stiftteil 28, die durch eine Zugfeder 29 verbunden sind. Der feste düsenförmige Kontakt 4 ist am Kompressionszylinder ι befestigt und mit einer Isolierdüse 26 verbunden. Der Kolben 2 wird über einen Schalthebel 19 von der Welle 21 angetrieben. Der Schaltstift 3 wird über einen Hebel 20 angetrieben, der um die Achse 22 drehbar ist. Beide Hebel sind durch die Kuppelstange 23 miteinander starr gekuppelt, so daß nur ein Antrieb für beide benötigt wird. Wäre die Verbindung zwischen dem Schaltstück 3 und der Antriebswelle 21 starr, so wurden die Bewegungen des Kompressionskolbens und des Schaltstiftes gleichzeitig beginnen und aufhören. Gewünscht wird! jedoch eine Voreilung des Beginns der Kompression. Ferner ist die zur Kompression erforderliche Arbeit bedeutend größer als die Schaltarbeit. Deshalb erfordert die Kompression an sich schon bei begrenzter, zur Verfügung stehender Leistung mehr Zeit als der Schaltvorgang. Um diese Forderungen zu erfüllen, ist in das Abschaltgestänge ein Energiespeicher in Form der Feder 29 eingeschaltet. Beim Ausschalten wird zugleich mit der Kompressionsbewegung des Kolbens 2 die Röhre 27 bewegt und die Feder 29 gespannt, während der Stift 28 durch die Kontaktreibung zunächst an der Bewegung verhindert wird. Erst nach der Überwindung der Kontaktreibung durch die Zugkraft der Feder 29 erfolgt die Kontakttrennung durch ein schneiles Nachbewegen des Stiftteiles 28. Es wird also zunächst die gesamte zugeführte Energie zur Kompression des Gases und zur Aufladung des Energiespeichers 29 verwendet, und nach der Kontakttrennung wird die Schaltbewegung noch durch die Weiterbewegung des Kompressionsantriebes und damit des Schalthebels 20 unterstützt. Der Anfang der Schaltbewegung kann gegenüber dem Beginn der Kompressionsbewegung durch entsprechende Bemessung der Feder 29 und des Kontaktdruckes beliebig verschoben werden, so daß sich in bezug auf Druck- und Bewegungsverhältnisse günstige Löschbedingungen erreichen lassen.

Die Anordnung nach Fig. 1 erfordert eine weitere Stromübertrittsstelle zwischen den Teilen 27 und 28. Will man diese vermeiden, so kann man die Feder nach Fig. 2 anordnen.

Hier ist die Feder 29 zwischen dem Pleuel 20 und dem Schaltstift 3 vorgesehen. Die Enden der Feder sind mit zwei Ringen 30 und 31 verbunden. Der Ring 30 ist am Schaltstift starr befestigt. Der Ring 31 gleitet auf dem Schaltstift. Er trägt den Mitnehmerdorn 24, der in der Kulisse des Pleuels 20 geführt wird. Beim Ausschalten wird zunächst die Feder gespannt, bis sie die Reibung zwischen den Kontakten 3 und 4 überwindet. Im nicht dargestellten Teil entspricht die Ausführung der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung mit parallelliegenden Antriebs- und Kompressionsachsen. Die Kompressionskolben 2 und der Schaltstift 3 werden über den Pleuel 19, 20 von der gemeinsamen Antriebswelle 21 bewegt. Die Auslösung der Schaltbewegung erfolgt hier nicht wie in Fig. 1 oder 2 abhängig von der Kontaktruhereibung, sondern es ist eine besondere Auslösevorrichtung angeordnet, die die Auslösung in Abhängigkeit von der Augenblickslage der Antriebseinrichtung bewirkt. Der Pleuel 20 spannt über den beweglichen Ring 31 die Antriebsfeder 29. Der Schaltstift 3 wird durch den Sperrhaken 34 an der Bewegung verhindert. Die Feder wird so lange gespannt, bis der Arm 35, der starr mit dem Pleuel 20 verbunden ist, den Sperrhaken abhebt und den Schaltstift freigibt. Durch Verstellung des Armes 35 gegen den Pleuel 20 läßt sich die Nacheilung der Schaltbewegung gegenüber der Kompressionsbewegung beliebig einstellen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Art der Anpassung der Schaltbewegung an die Kompressionsbewegung. Beide Kontakte sind beweglich ausgeführt. Während jedoch der

eine Kontakt mit der Kompressionsvorrichtung starr verbunden ist, führt der andere Kontakt eine Hinundherbewegung aus, so daß er im ausgeschalteten wie im eingeschal-5. teten Zustand die gleiche Lage besitzt.

In der Fig. 4 ist der Kompressionszylinder ι als ein Becherisolator ausgebildet; der Kompressionskolben 2 ist mit dem rohrförmigen Schaltstück 53 verbunden, das gleich- zeitig als Kolbenstange und als Gaszuführungsrohr dient. Der Schleifkontakt 54 ist am Becherisolator 1 befestigt und dient gleich-. zeitig als Führung des Schaltstückes 53. Im dargestellten Einschaltzustand taucht der Schaltstift 3 in die Bohrung des Schaltstückes 53. Er ist über Rippen 16 mit dem als Gasaustritt dienenden Rohr 55 starr verbunden. Dieses Rohr gleitet in dem feststehenden Schleifkontakt 56 und wird von diesem geführt. Der Teil 3, 55 wird durch die Feder 57 in der gezeichneten obersten Lage gehatten. Die Trennungsstelle der Kontakte 3 und 53 wird von einem mit dem Rohr 53 fest verbundenen Isoliermantel 63 umgeben, um das bei der Kontakttrennung aus der Bohrung von 53 austretende Gas in das Rohr 55 unter wirksamer Beblasung des Schaltstiftes 3 zu leiten. Der Antrieb der Anordnung erfolgt von der Welle 21 über den Pleuel 19. Der Pleuel 19 ist mit dem Schaltstück 53 über ein Gelenkstück 58 verbunden. Dieses Gelenkstück besitzt eine Nase 59, die mit einer an dem Isoliermantel 63 befestigten Feder 60 in Eingriff steht. Bei dem Ausschaltvorgang bewegt sich der Pleuel 19 abwärts. Dabei bewegt sich der Drehzapfen 6i in der Zeichnung nach links, während der Drehzapfen 62 sich senkrecht nach unten bewegt. Hierdurch erhält das Gelenkstück 58, das über die Feder 60 die Teile 3, 63, 5/5 unter gleichzeitiger Spannung der Feder 57 mitnimmt, eine relative Drehbewegung zum Schaltstück 53, wobei die Nase 59 sich bezüglich der Feder 60 in der Zeichnung nach rechts bewegt. Da die Kontakte 3 und 53 bisher keinerlei Drehbewegung ausgeführt haben, dient dieser erste Teil der Bewegung des Pleuels 19 der Kompression im Luftraum 10 und der Kraftspeicherung in der Feder 57. Bei einer bestimmten Augenblicksstellung des Pleuels 19 hört die Verklinkung zwischen der Nase 59 und der Feder 60 auf. Durch die in der Feder 57 aufgespeicherte Energie werden die Teile 3, 63, 55 in die Höhe gerissen, während der von der Feder spannung entlastete Pleuel 19 den Kolben 2 mit voller Kraft nach unten preßt. Die Kontakte 3 und 53 bewegen sich dabei gegenläufig. Bei der Trennung der Kontakte strömt durch die Bohrung des Schaltstückes 53 Druckgas aus dem Raumio und löscht den sich zwischen 3 und 53 bildenden Lichtbogen.

In Fig. 5 besteht der Kompressionszylinder ι aus Metall und ist spannungsführend. Der Kolben 2 hat eine strömungstechnisch günstige Stirnform, der zur Verminderung des toten Raumes der Boden des Zylinders 1 angepaßt ist. Dem gleichen Zweck dient der Fülldorn 64, der in der Ausschaltstellung in die Bohrung des rohrförmigen Schaltstückes 53 hineinreicht. Das Schaltstück 53 trägt einen Isoliertrichter 65. Der Schaltstift 3 trägt gleichfalls einen Trichter 66, der im eingeschalteten Zustand in den Trichter 65 hineinragt, so daß bei der Kontakttrennung das Gas durch den Raum, zwischen den Trichtern entweichen muß. Zur Verbesserung der Wirkungsweise der Blasung erhält der Schaltstift eine Isolierspitze 17. Die Betätigung der Anordnung erfolgt ähnlich wie in Fig. 5 durch den Pleuel 19.

Die in der Fig. 3 dargestellten Anordnungen zeigen den Aufbau der Stützisolatoren unmittelbar auf den geerdeten Kompressionszylinder. Diese Bauart ist besonders vorteilhaft dadurch, daß bei mehrphasigen Schaltern jede -Phase eine geschlossene Einheit bildet und es möglich ist, durch einfaches Aneinanderreihen dreier einphasiger Anordnungen in gewünschtem Abstand voneinander übersichtliche Mehrphasenschalter zu schaffen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit gemeinsamem Antrieb für die Ausschaltbewegung der Kontakte und für eine zur Druckgaserzeugung dienende Kompressionsvorrichtung, bei welchem beim Ausschaltvorgang der Antrieb während der Kompressionsbewegung einen Energiespeicher für die Kontaktbewegung auflädt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Antriebsgestänge der Kompressionsvorrichtung und dem bewegten Schaltstück Federn (29) zwischengeschaltet sind und das bewegte Schaltstück in der Einschaltstellung während des Spannens der Federn festgehalten wird.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Energiespeicher bewirkte Kontaktbewegung durch .den Antrieb der Kompressionsvorrichtung unterstützt wird.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktdruck zum Festhalten der Schaltstücke in der Einschaltstellung dient (Fig. 1 und 2).

4. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch besondere Verriegelungsvorrichtungen, die die Kontakt- iao bewegung nach einem bestimmten Hub der Kompressionsvorrichtung freigeben.

5- Druckgasschalter nach Anspruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine mit der Kompressionsvorrichtung gekuppelte Kontakt (53) den federnd gelagerten Gegenkontakt (3) zunächst bei der Ausschaltbewegung mitnimmt, bis nach Auslösung einer die beiden Kontakte verbindenden Kupplung (59, 60) der Gegenkontakt durch seine Federn (57) in die Ruhelage zurückgebracht wird (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen