DE69014770T2 - Trennschalter. - Google Patents

Trennschalter.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trennschalter, der in einer Energiestation oder einer Nebenstation zu verwenden ist, um einen Bus (oder eine elektrische Leitung) mit/von einem anderen Bus (oder einer anderen elektrischen Leitung) zu verbinden/trennen und betrifft insbesondere einen Trennschalter, der einen Stromunterbrechungsbetrieb erlaubt.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Die Figuren 7a, 7b und 7c sind Querschnittsdarstellungen, welche jeweils nur den Unterbrechungsteil eines herkömmlichen Trennschalters an drei Positionen beim Trennvorgang zeigen. Ein derartiger Trennschalter wurde beispielsweise in der Druckschrift der japanischen ungeprüften veröffentlichten Gebrauchsmusteranmeldung (Jikkai) Sho 60-88440 veröffentlicht. Der Unterbrecherteil besteht aus einein stationären Hauptkontakt 2, einem stationären Lichtbogenkontakt 3 und einem beweglichen Kontakt 1. Der stationäre Lichtbogenkontakt 3 ist so angeordnet, daß er mit seinem linken Endteil über den stationären Hauptkontakt 2 in Richtung einer Trennrichtung A des beweglichen Kontaktes 1 vorsteht. Die Fig. 8(a), 8(b) und 8(c) sind Schaltkreisdarstellungen, welche Äquivalenzschaltkreise entsprechend den Zuständen der Figuren 7(a), 7(b) und 7(c) entsprechen. Durch Bewegung des beweglichen Kontaktes 1 in und außer Kontakt mit dem stationären Hauptkontakt 2 bilden die Kontakte 1 und 2 einen Schalter 5 und weiterhin bilden der bewegliche Kontakt 1 und der stationäre Lichtbogenkontakt 3 einen Schalter 6. Ein Widerstand 4 vertritt einen inhärenten Widerstand des stationären Lichtbogenkontaktes 3, der aus einem Material mit vergleichsweise hohem Widerstandswert gemacht ist.
  • Nachfolgend wird der Stromunterbrechungsbetrieb des oben beschriebenen Trennschalters beschrieben. Fig. 7(a) und Fig. 8(a) zeigen einen geschlossenen Zustand des Trennschalters. Dies bedeutet, daß der bewegliche Kontakt 1 in stabiler Kontaktlage mit dem stationären Hauptkontakt 2 und dem Lichtbogenkontakt 3 ist. In diesem Zustand fließt ein Strom I&sub1; durch den Schalter 5, wie in Fig. 8(a) gezeigt.
  • Wie in den Figuren 7(b) und 8(b) gezeigt, wird, wenn der bewegliche Kontakt 1 angetrieben wird, um sich von dem stationären Kontakt 2 zu lösen, der Schalter 5 geöffnet. Da in diesem Zustand der bewegliche Kontakt 1 nach wie vor Kontakt mit dem stationären Lichtbogenkontakt hat, verbleibt der Schalter 6 geschlossen, wodurch ein eingeschränkter Strom I&sub2; (I&sub2; < I&sub1;) erhalten wird, der durch den Schalter 6 und den Widerstand 4 fließt.
  • Wenn sich der bewegliche Kontakt 1 weiterbewegt, wie in den Fig. 7(c) und 8(c) gezeigt, löst sich der bewegliche Kontakt 1 von dem stationären Lichtbogenkontakt 3, so daß der Schalter 6 geöffnet wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Lichtbogen 7 an dem Schalter 6, nämlich zwischen dem beweglichen Kontakt 1 und dem stationären Lichtbogenkontakt 3 erzeugt. Da ein Lichtbogenstrom I&sub2;' durch den Widerstand 4 fließt, bewirkt ein Strombegrenzungsvorgang des Widerstandes 4 einen Effekt an dem Lichtbogen 7, so daß das Verlöschen des Lichtbogens 7 beschleunigt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Lichtbogen 7 gelöscht ist, ist der Stromunterbrechungsvorgang abgeschlossen.
  • In dem oben erwähnten Trennschalter wird die Strombegrenzungswirkung, welche von dem inhärenten Widerstand des Lichtbogenkontaktes 3 erhalten wird, verwendet, den Stromunterbrechungsvorgang zu verbessern. Ein Wert des Widerstandes wird bestimmt durch das angewandte Material und die Abmessungen (wie Dicke und Länge) des Lichtbogenkontaktes 3. Im praktischen Gebrauch ist, da der Wert sehr gering ist, beispielsweise grob in einem Bereich von einigen 100 u&Omega; bis 1000 u&Omega;, der oben erwähnte strombegrenzende Aufbau nur in einem relativ kleinen Strombereich wirksam. Für den Fall, daß der oben erwähnte herkömmliche Trennschalter zum Unterbrechen eines großen Stromes wie 8000 A verwendet werden soll, ist es notwendig, die Stromunterbrechungsleistung durch Intensivierung der Strombegrenzungswirkung zu verbessern. Es ist daher notwendig, den inhärenten Widerstand des Lichtbogenkontaktes 3 zu erhöhen. Ein Verfahren zur Erhöhen des inhärenten Widerstandes ist, ein neues Material zu entwickeln, welches sowohl ein ausgezeichnetes Standvermögen gegenüber Lichtbögen und einen inhärenten Widerstand von einigen tausendmal größer als Kupfer hat. Ein anderes Verfahren ist, den Lichtbogenkontakt dünn und lang zu machen, wodurch der Widerstandswert erhöht wird. Die Herstellung eines derartigen neuen Materiales ist jedoch selbst mit der heute verfügbaren Technologie hoffnungslos und der dünne und lange Lichtbogenkontakt senkt nachteilig die mechanische Zuverlässigkeit und macht die Größe des Trennschalters hoch.
  • AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Trennschalter zu schaffen, der eine ausgezeichnete Stromunterbrechungsleistung hoher Ströme aufgrund einer starken Strombegrenzungswirkung hat, ohne seine Größe zu erhöhen.
  • Um die obige Aufgabe zu lösen, weist der Trennschalter der vorliegenden Erfindung auf: einen stationären Tank; eine erste Elektrode, die fest in dem Tank angeordnet ist und hiervon isoliert ist; eine zweite Elektrode, welche fest in dem Tank angeordnet ist, und hiervon isoliert ist; einen beweglichen Kontakt, der ein stabförmiges Gleitteil aufweist und beweglich in der zweiten Elektrode in einer axialen Richtung des Gleitteiles gehalten ist, wobei der bewegliche Kontakt eine Bohrung an einem Endteil des Gleitteiles aufweist; einen stationären Hauptkontakt, der fest in der ersten Elektrode gehalten ist und hiermit elektrisch verbunden ist, wobei der stationäre Hauptkontakt für eine Kontaktgabe mit einer äußeren Oberfläche des Endteiles des Gleitteiles vorgesehen ist; einen Widerstand, der fest in der ersten Elektrode gehalten ist, wobei ein erstes Ende des Widerstandes elektrisch hiermit verbunden ist; und einen stationären Lichtbogenkontakt, von dem ein Ende mit einem zweiten Ende des Widerstandes befestigt und elektrisch verbunden ist und das andere Endteil hiervon über ein Ende des stationären Hauptkontaktes in Richtung des beweglichen Kontaktes vorsteht, wobei der andere Endteil des stationären Lichtbogenkontaktes zu einer Kontaktgabe mit einer Innenwand der Bohrung des beweglichen Kontaktes ausgelegt ist.
  • Bei dem obigen Trennschalter wird ein ausgezeichneter Strombegrenzungseffekt erhalten durch einen einfachen strombegrenzenden Aufbau, ohne daß die Größe hoch wird.
  • Obgleich die neuen Eigenschaften der Erfindung insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt sind, wird die Erfindung sowohl hinsichtlich Aufbau als auch Inhalt zusammen mit anderen Einzelheiten und Merkmalen hiervon besser zu verstehen und anzuerkennen sein aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die in Zusammenschau mit der Zeichnung zu sehen ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Fig. 1 ist eine vertikale Schnittdarstellung durch einen Trennschalter 100 der vorliegenden Erfindung in einem vollständig getrennten Zustand.
  • Fig. 2(a) ist eine Vorderansicht, die einen Endteil des stationären Lichtbogenkontaktes 18 in Fig. 1 zeigt.
  • Fig. 2(b) ist eine Seitenansicht des stationären Lichtbogenkontaktes 18 vom rechten Ende in Fig. 2(a) aus gesehen.
  • Fig. 3 ist ein vertikale Schnittdarstellung durch den Trennschalter 100 im geschlossenen Zustand.
  • Fig. 4(a) ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt nur den Unterbrecherteil des Trennschalters in einem frühen Zustand des Unterbrechungsprozesses.
  • Fig. 4(b) ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt nur den Unterbrecherteil des Trennschalters in einem abschließenden Zustand des Unterbrechungsprozesses.
  • Fig. 5 ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt eine erste Elektrode 11 einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 6 ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt eine erste Elektrode 11 einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) sind Querschnittsdarstellungen und zeigen jeweils einen Unterbrecherteil eines herkömmlichen Trennschalters in drei Positionen des Unterbrechungsvorganges.
  • Fig. 8(a), 8(b) und 8(c) sind Schaltkreisdiagramme, welche Äquivalenzschaltkreise entsprechend den Zuständen der Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) sind.
  • Es versteht sich, daß einige oder alle der Figuren schematische Darstellungen zum Zweck der Erläuterung sind und nicht notwendigerweise die tatsächlichen relativen Größen oder Anordnungen der gezeigten Elemente darstellen.
  • BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
  • Fig. 1 ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt einen Trennschalter 100 in einem vollständig getrennten Zustand. Die Umfangsbereiche eines Paares von isolierenden Abstandshaltern 13a und 13b sind an einem oberen Flansch 10a eines stationären Tanks 10 und eines unteren Flansches 10b des Tanks 10 befestigt. Ein Anschluß 22a einer ersten Elektrode 11 ist am Mittelpunkt des isolierenden Abstandshalters 13a befestigt und ein Anschluß 22b einer zweiten Elektrode 12 ist im Mittelpunkt des isolierenden Abstandshalters 13b befestigt. Die beiden Elektroden 11 und 12 sind somit gehalten und von dem Tank 10 isoliert. Ein Bus 25 ist über einen Verbinder 26 mit dem Anschluß 22a verbunden und dieser Verbindungsteil ist mit einem Abschirmteil 27 bedeckt. Auf ähnliche Weise ist ein anderer Bus 28 mit dem Anschluß 22b über einen Verbinder 29 verbunden und dieser Verbindungsteil ist mit einem Abschirmteil 30 bedeckt. In der Elektrode 11 sind ein stationärer Hauptkontakt 19 und ein stationärer Lichtbogenkontakt 18 angeordnet. Der stationäre Hauptkontakt 19 wird von einem Stützleiter 20, der an einer Innenwand der Elektrode 11 befestigt ist, mittels einer Führungshülse 19a des stationären Hauptkontaktes 19 festgehalten. Der stationäre Lichtbogenkontakt 18 ist ein im wesentlichen T-förmiger Leiter, und der vertikale Teil 18v hiervon hat zylindrische Form mit einer Mehrzahl von Schlitzen 18b am unteren Endteil hiervon. Ein Stapel von mehreren kreisringförmigen Widerständen 21, welche speziell aus Kohlenstoff oder einem ähnlichen hitzebeständigen Material mit hohem Widerstand gefertigt sind, ist an dem Stützleiter 20 befestigt und ein horizontaler Teil 18a des stationären Lichtbogenkontaktes 18 ist an den Widerständen 21 befestigt. Der stationäre Lichtbogenkontakt 18 und der stationäre Hauptkontakt 19 sind koaxial zueinander fluchtend in vertikaler Richtung angeordnet. In der zweiten Elektrode 12 ist ein Stützleiter 23 an der Innenwand der Elektrode 12 befestigt. Ein beweglicher Kontakt 16 ist in vertikaler Richtung gleitbeweglich durch den Stützleiter 23 gehalten. Der Stützleiter 23 dient nicht nur dazu, den beweglichen Kontakt 16 gleitbeweglich zu halten, sondern stellt auch eine gute elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 12 und dem beweglichen Kontakt 16 her. Ein gleitbeweglicher Leiter 17, der von dem Stützleiter 23 festgehalten ist, stellt einen Gleitkontakt mit einem oberen Endteil des beweglichen Kontaktes 16 her. Der bewegliche Kontakt 16 besteht aus einem zylindrischen Teil 16a, der in Gleitkontakt mit dem Stützleiter 23 und dem gleitbeweglichen Leiter 17 gerät und einem plattenförmigen Teil 16b. Der zylindrische Teil 16a weist im oberen mittigen Teil eine Bohrung 16c auf, uin den vertikalen Teil 18v des stationären Lichtbogenkontaktes 18 hindurchzulassen. Das plattenförmige Teil 16b ist mit einer Kurbelwellennocke 24 verbunden, welche von einem Antriebsmechanismus 15 über eine isolierende Betätigungsstange 14 antreibbar ist. Die isolierende Betätigungsstange 14 ist außerhalb der zweiten Elektrode 12 angeordnet und dient dazu, sowohl den beweglichen Kontakt 16 als auch die Elektrode 12, die beide ein hohes Potential haben, von dem Antriebsmechanismus 15 auf Massepotential zu isolieren. Die isolierende Betätigungsstange 14 wird von dem Antriebsmechanismus 15 gedreht und ihre Drehbewegung wird über die Kurbelwellennocke 24 in eine Linearbewegung des beweglichen Kontaktes 16 umgewandelt.
  • Fig. 2(a) ist eine Vorderansicht und zeigt einen Endteil des stationären Lichtbogenkontaktes 18 und Fig. 2(b) ist eine Seitenansicht des stationären Lichtbogenkontaktes 18 von der rechten Seite in Fig. 2(a) her gesehen. In einem Endteil des stationären Lichtbogenkontaktes 18 ist eine mehrzahl von Schlitzen 18b ausgebildet, wodurch eine Mehrzahl von (beispielsweise acht) separaten Streifen 18a gebildet wird, welche jeweils Elastizität in radialer Richtung des stationären Lichtbogenkontaktes haben. Jeder der Streifen 18a weist einen verdickten Bereich 18c auf, der einen Außenumfang mit etwas größerem Durchmesser als demjenigen einer Innenwand der Bohrung 16c (Fig. 1) bildet. Wenn die Bohrung 16c des beweglichen Kontaktes 16 im Eingriff mit dem stationären Lichtbogenkontakt 18 gerät, stellt jeder der Streifen 18a Kontakt mit der Innenwand der Bohrung 16c mit geeignetem Kontaktdruck aufgrund der Elastizität her.
  • Nachfolgend wird die Arbeitsweise des oben erwähnten Trennschalters beschrieben.
  • Fig. 3 ist ein vertikale Querschnittsdarstellung des Trennschalters in einem geschlossenen Zustand. In diesem Zustand ist eine äußere Oberfläche des beweglichen Kontaktes 16 in stabilem Kontakt mit dem stationären Hauptkontakt 19 und die Innenwand der Bohrung 16c ist in stabilem Kontakt mit dem stationären Lichtbogenkontakt 18. Der Strom fließt Primär durch den stationären Hauptkontakt 19.
  • Fig. 4(a) ist ein vertikale Querschnittsdarstellung und zeigt nur den unterbrecherteil des Trennschalters in einem frühen Zustand des Unterbrechungsvorganges und Fig. 4(b) ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt das gleiche, jedoch in einem abschließenden Zustand des Unterbrechungsvorganges. Wenn sich der bewegliche Kontakt 16 nach unten bewegt, wie in Fig. 4(a) gezeigt, wird der bewegliche Kontakt 16 von dem stationären Hauptkontakt 19 getrennt. Da jedoch ein oberer Endwandteil der Bohrung 16c in dem beweglichen Kontakt 16 noch in Kontakt mit dem stationären Lichtbogenkontakt 18 ist, fließt der Strom von dem stationären Lichtbogenkontakt 18 zu der Elektrode 11 (Fig. 1 oder 3) durch die Widerstände 21 und den Stützleiter 20. Dieser Strom wird ausreichend begrenzt durch die Strombegrenzungswirkung der Widerstände 21. Wenn sich der bewegliche Kontakt 16 weiter nach unten bewegt, wie in Fig. 4(b) gezeigt, löst sich der bewegliche Kontakt 16 von dem stationären Lichtbogenkontakt 18 und der von den Widerständen 21 begrenzte Strom wird unterbrochen. Die Lagebeziehungen zwischen den drei Kontakten 16, 18 und 19 wird so gewählt, daß die Trennung des beweglichen Kontaktes 16 von dem stationären Lichtbogenkontakt 18 mit einer Verzögerungszeit von wenigstens einer halben Zyklusperiode der Energieguellenfrequenz vom Moment des Trennens des beweglichen Kontaktes 16 vom stationären Hauptkontakt 19 aus erfolgt.
  • Fig. 5 ist eine vertikale Schnittdarstellung, und zeigt lediglich eine erste Elektrode 11 einer anderen Ausführungsform des Trennschalters. Da die übrigen Teile dieses Trennschalters die gleichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform sind, wird auf eine Darstellung hiervon verzichtet und es trifft die Beschreibung in der ersten Ausführungsform auf ähnliche Weise zu. Unterschiede und Merkmale dieser zweiten Ausführungsform bezüglich der ersten Ausführungsform sind wie folgt:
  • Ein stationärer Lichtbogenkontakt 38 dieser Ausführungsform hat ähnliche Formgebung wie derjenige der ersten Ausführungsform mit der Ausnahme, daß zusätzlich ein Flanschteil 38f vorgesehen ist. Das Flanschteil 38f ist mit dem Stützleiter 20 durch Schrauben oder dergleichen (nicht dargestellt) über einen isolierenden Abstandshalter 50 befestigt. Der gesamte stationäre Lichtbogenkontakt 38 wird hierdurch fest an dem Stützleiter 20 gehalten und ist hiervon isoliert. Der isolierende Abstandshalter 50 ist von zylindrischer Form mit einem Flanschteil an einem Ende hiervon und ist in dem Stützleiter 20 eingesetzt. Ein vertikaler Teil 38v des stationären Lichtbogenkontaktes 38 ist mit dem isolierenden Abstandshalter 50 bedeckt. Ein Stapel von mehreren (beispielsweise drei) kreisringförmigen Widerständen 41a, welche aus Kohlenstoff oder einem ähnlichen Material mit hohem Widerstand gefertigt sind, ist um den isolierenden Abstandshalter 50 herum gehalten. Eine Druckfeder 41b, die um den isolierenden Abstandshalter 50 herum gehalten ist, spannt die Widerstände 41a vor, so daß diese in Druckkontakt mit dem horizontalen Teil 38h des stationären Lichtbogenkontaktes 38 sind. Diese Feder 41b dient auch dazu, eine elektrische Verbindung zwischen den Widerständen 41a und dem Stütz1eiter 20 zu machen.
  • Der Trennvorgang ist ähnlich zu demjenigen der ersten Ausführungsform, der in den Figuren 4(a) und 4(b) gezeigt wurde.
  • Fig. 6 ist eine vertikale Schnittdarstellung und zeigt nur eine erste Elektrode 11 einer weiteren Ausführungsform des Trennschalters. Da die anderen Teile des Trennschalters die gleichen wie diejenigen in der ersten Ausführungsform sind, sind sie nicht dargestellt und die Beschreibung der ersten Ausführungsform trifft hier zu. Unterschiede und Merkmale dieser dritten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform sind wie folgt:
  • In Fig. 6 ist ein Stützleiter 60 an der Innenwand der ersten Elektrode 11 befestigt. Ein kurzer säulenförmiger Widerstand 61 ist an dem Stützleiter 60 zusammen mit der Führungshülse 19a des stationären Hauptkontaktes 19 befestigt und ein stationärer Lichtbogenkontakt 68 ist an dem Widerstand 61 mittels eines Bolzens 69 mit einer isolierten Hülse 70 befestigt. Der stationäre Hauptkontakt 19, der fest von dem Stützleiter 60 gehalten ist, ist so angeordnet, daß er den Widerstand 61 und den stationären Lichtbogenkontakt 68 umgibt. Der stationäre Hauptkontakt 19, der stationäre Lichtbogenkontakt 68 und der Widerstand 61 sind in vertikaler Richtung koaxial fluchtend angeordnet. Es gibt zwei Stromflußpfade von dem beweglichen Kontakt 16 zu der Elektrode 11, wenn der bewegliche Kontakt 16 in Eingriff ist, wie in Fig. 6 gezeigt. Einer der Pfade ist durch den stationären Hauptkontakt 19 und den Stützleiter 16 und der andere ist durch den stationären Lichtbogenkontakt 68, den Widerstand 61 und den Stützleiter 60.
  • Der Trennvorgang ist ziemlich ähnlich zu demjenigen der ersten Ausführungsform, die in Figuren 4(a) und 4(b) gezeigt wurde.
  • Obgleich die Erfindung in ihrer bevorzugten Form mit einem gewissen Grad von Deutlichkeit beschrieben wurde, versteht sich, daß die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Form hinsichtlich von Konstruktionsdetails und der Kombination und Anordnung von Teilen geändert werden kann, ohne hierbei vom Umfang der Erfindung gemäß den nachfolgenden Ansprüchen abzuweichen.

Claims (3)

1. Ein Trennschalter mit:
einem stationären Tank (10);
einer ersten Elektrode (11), die fest in dem Tank angeordnet ist und hiervon isoliert ist;
einer zweiten Elektrode (12), welche fest in dem Tank angeordnet ist, und hiervon isoliert ist;
einem beweglichen Kontakt (16), der ein stabförmiges Gleitteil (16a) aufweist und beweglich in der zweiten Elektrode (12) in einer axialen Richtung des Gleitteiles gehalten ist, wobei der bewegliche Kontakt eine Bohrung (16c) an einem Endteil des Gleitteiles aufweist;
einem stationären Hauptkontakt (19), der fest in der ersten Elektrode (11) gehalten ist und hiermit elektrisch verbunden ist, wobei der stationäre Hauptkontakt für eine Kontaktgabe mit einer äußeren Oberfläche des Endteiles des Gleitteiles (16a) vorgesehen ist;
einem Widerstand (21), der fest in der ersten Elektrode (11) gehalten ist, wobei ein erstes Ende des Widerstandes elektrisch hiermit verbunden ist; und
einem stationären Lichtbogenkontakt (18), von dem ein Ende mit einem zweiten Ende des Widerstandes (21) befestigt und elektrisch verbunden ist und das andere Endteil (18b) hiervon über ein Ende des stationären Hauptkontaktes (19) in Richtung des beweglichen Kontaktes (16) vorsteht, wobei der andere Endteil (18) des stationären Lichtbogenkontaktes zu einer Kontaktgabe mit einer Innenwand der Bohrung (16c) des beweglichen Kontaktes ausgelegt ist.
2. Ein Trennschalter nach Anspruch 1, wobei der andere Endteil des stationären Lichtbogenkontaktes (18) im wesentlichen zylindrisch ist und eine Mehrzahl von Schlitzen (18b) aufweist.
3. Ein Trennschalter nach Anspruch 1, wobei der Widerstand (21) in dem stationären Hauptkontakt angeordnet ist.
DE69014770T 1989-08-24 1990-08-20 Trennschalter. Revoked DE69014770T2 (de)

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