DE69023471T2

DE69023471T2 - Gaslastschalter.

Info

Publication number: DE69023471T2
Application number: DE69023471T
Authority: DE
Inventors: Osamu Koyanagi; Yasuharu Seki; Masanori Tsukushi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2010-12-29
Also published as: JPH03205721A; EP0436951A3; EP0436951A2; US5159164A; EP0436951B1; KR910014970A; DE69023471D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaslastschalter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der einen elektrischen Schaltkreis mit hohem Strom unter Verwendung von Gas öffnet, und spezieller betrifft sie einen Blaskammer-Gaslastschalter.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Verringerung der Betriebsenergie bei einem Blaskammer- Lastschalter, der derzeit der am verbreitetsten verwendete Gaslastschalter ist, erfolgte allgemein unter Verwendung eines Aufbaus aus einer Kombination eines Blaskammersystems und eines selbstbetätigten Bogenlöschsystems, bei dem die Bogenwärme ausdrücklich dazu genutzt wird, den Gasdruck zu erhöhen und äußere Gaskompressionskräfte zu verringern. Bei einem Blaskammer-Lastschalter ist ein Doppelströmungssystem, bei dem ein Gas unter hohem Druck sowohl gegen den stationären als auch den beweglichen Teil geblasen wird, eine wesentliche Technik hinsichtlich eines Trennvorgangs für einen Schaltkreis mit großem Strom. Diese Art von Blaskammer-Gaslastschalter ist z.B. im US-Patent Nr. 3,839,613 offenbart, gemäß dem der Oberbegriff von Anspruch 1 abgefaßt ist.
Gemäß diesen Tatsachen wurde von den Erfindern zur vorliegenden Patentanmeldung in einer anderen Patentanmeldung, nämlich in EP-A-0 405 410, die gemäß Artikel 54(3) EPÜ ein Dokument aus dem Stand der Technik ist, eine Gaslastschaltstruktur mit Ausblaskammer, wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, vorgeschlagen, bei der ein durch Bogenwärme unter Druck gesetztes Gas unter Verwendung eines Doppelströmungssystems wirkungsvoll gegen den Bogen geblasen wird.
Fig. 1 zeigt den vorgeschlagenen Blaskammer-Gaslastschalter, in dem die Kontakte geschlossen sind. Fig. 2 zeigt einen Schaltkreis-Trennvorgang in einem frühen Stadium. Fig. 3 zeigt einen Schaltkreis-Trennvorgang in einem mittleren Stadium.
In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet die Bezugszahl 1 einen geschlossenen Behälter, dessen Inneres zwei mit einem bogenlöschenden Gas wie dem Gas SF&sub6; gefüllt ist. Ein Schaftabschnitt 5 eines Körpers 4 eines festen Elements aus elektrisch leitendem Material ist an einem Ende 6 desselben an einer Endwand 3 des geschlossenen Behälters 1 befestigt. Der Körper 4 des festen Elements besteht aus einem zentralen Abschnitt des festen Elements, d.h. einem festen Bogenkontaktstückabschnitt 9, der sich in axialer Richtung A ausgehend von der Mitte eines am anderen Ende 7 des Schaftabschnitts 5 ausgebildeten Flanschabschnitts 8 erstreckt, und einem hohlzylindrischen Hauptabschnitt 10 des festen Elements, der sich ausgehend von der Umfangskante des Flanschabschnitts 8 in axialer Richtung A erstreckt.
Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Rahmenkörper, der wie der Körper 4 des festen Elements am geschlossenen Behälter 1 befestigt ist und stationär in bezug auf diesen verbleiben kann. Der Rahmenkörper 11 verfügt über einen zylindrischen Grundabschnitt 13 mit großer Dicke mit einem zentrischen Loch 12. Ein hohlzylindrischer Blaskammer-Kolbenabschnitt 15 ist so ausgebildet, daß er sich ausgehend von einem radialen Innenkantenabschnitt eines Endabschnitts 14 des Grundabschnitts 13 in axialer Richtung B erstreckt. Der zylindrische Kolbenabschnitt 15 verfügt über ein Loch 16 koaxial zum zentrischen Loch 12, mit demselben Durchmesser. Ein zylindrischer Abschnitt 17 mit mittlerem Durchmesser ist so ausgebildet, daß er sich von einem radialen Außenkantenabschnitt des Endabschnitts 14 des Grundabschnitts 13 in der axialen Richtung B erstreckt; ein Flanschabschnitt 18 ist so ausgebildet, daß er sich vom Ende des zylindrischen Abschnitts 17 mit mittlerem Durchmesser radial nach außen erstreckt, und eine Abgasführung 19 mit großem Durchmesser ist so ausgebildet, daß sie sich von der Außenkante des Flanschabschnitts 18 in der axialen Richtung B erstreckt. Die Bezugszahl 20 bezeichnet mehrere Öffnungen, die am Umfang mit gleichen Abständen in der als Sperreinrichtung dienenden Abgasführung 19 mit großem Durchmesser an einer hilfsweise vorgegebenen Position C derselben ausgebildet sind.
Die Bezugszahl 21 bezeichnet ein bewegliches Teil aus elektrisch leitendem Material, das in den axialen Richtungen A und B in bezug auf den Körper 4 des festen Elements beweglich ist. Das bewegliche Teil 21 verfügt über einen Betätigungsschaft 24, der an einem Ende 23 des Teils an einer Betätigungsvorrichtung oder einem Stellglied 22 befestigt ist und sich von diesem Ende 23 aus in axialer Richtung B erstreckt, während es verschiebbar durch die Löcher 12, 16 des Rahmenkörpers 11 läuft. Der Schaftabschnitt 24 ist an seinem anderen Ende 25 mit einem hohlen, konischen Abschnitt 26 versehen, der sich ausgehend vom Ende 25 in der Richtung B radial nach außen erstreckt. Der konische Abschnitt 26 ist an seinem Vorderende 27 gleichmäßig gekrümmt, damit Gas gleichmäßig strömen kann, was später beschrieben wird. Der Außenkantenabschnitt 28 des konischen Abschnitts 26 ist radial nach außen gebogen und ist im Zustand von Fig. 1 in gasdichten Kontakt mit der Innenumfangsfläche 29 der Abgasführung 19 des Rahmenkörpers 11 mit großem Durchmesser gebracht. Ein zylindrischer Abschnitt 31, der als Blaskammerzylinder dient, ist so ausgebildet, daß er sich von einem Zwischenabschnitt der Innenfläche des konischen Abschnitts 26 in der axialen Richtung A erstreckt, und er ist um den zylindrischen Kolbenabschnitt 15 des Rahmenkörpers 11 herum ausgebildet, um eine zylindrische Blaskammer 30 in Zusammenwirkung mit der Außenumfangsfläche des Schaftabschnitts 24 festzulegen. Der konische Abschnitt 26 ist mit einem Loch 32 versehen, das in die Kammer 30 geöffnet ist, so daß dann, wenn sich das bewegliche Teil 21 in der Richtung A in bezug auf den Rahmenkörper 11 verstellt, das komprimierte Gas aus der Kammer 30 ausströmen kann, wenn der Kolbenabschnitt 15 in der Richtung B in die Kammer 30 eingeführt wird.
Ferner ist ein hohizylindrischer, beweglicher Kontaktstückabschnitt, d.h. ein beweglicher Bogenkontaktstückabschnitt 33 so ausgebildet, daß er sich vom Ende des Schaftabschnitts 24 aus in der axialen Richtung B erstreckt. Der zylindrische, bewegliche Kontaktstückabschnitt 33 ist im Nichtbetriebszustand, d.h. im geschlossenen Zustand (Fig. 1) um den zentrischen Abschnitt 9 des festen Elements herum ausgebildet, und dann, wenn das bewegliche Teil 21 in der Richtung A in bezug auf den Körper 4 des festen Elements verstellt wird, wird der elektrische Kontakt zwischen den beiden aufgehoben. Der bewegliche Kontaktstückabschnitt 33 ist an seiner Außenumfangsfläche mit konkaven Abschnitten 34 an einer Position nahe dem Vorderende versehen, und Ringfedern 35 sind in den konkaven Abschnitten 34 vorhanden. Ein innerhalb des beweglichen Kontaktstückabschnitts 33 festgelegter Raum 36 läuft in einem Teil nahe dem gekrümmten Ende 27 des Schaftabschnitts 24 konisch auseinander.
Ein Zylinder 38 mit großem Durchmesser, dessen Vorderende als bewegliches Hauptelement dient, ist so ausgebildet, daß er sich in der axialen Richtung B ausgehend vom Außenkantenabschnitt 28 des konischen Abschnitts 26 erstreckt. Der großen Durchmesser aufweisende Zylinder 38 des beweglichen Teils 21 ist gasdicht in die großen Durchmesser aufweisende Abgasführung 19 des Rahmenkörpers 11 eingepaßt. Der großen Durchmesser aufweisende Zylinder 38 ist mit mehreren Öffnungen 39 versehen, die an einer Position in der Nähe des Außenkantenabschnitts 28 in Umfangsrichtung gleich beabstandet angeordnet sind. Ein Kanal 40, der sich ausgehend von der konischen Kammer 37 im beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 radial nach außen erstreckt, ist zwischen jeder der Öffnungen 39 und der konischen Kammer 37 ausgebildet. Diese Kanäle 40 sind durch den konischen Abschnitt 26 und mehrere Innenwandabschnitte 41 festgelegt, wobei sich die letzteren jeweils schräg so erstrecken, daß jeder Kanal 40 in bezug auf die radiale Richtung geneigt ist, um die Strömung des Gases aus der Kammer 36 gleichmäßig zu gestalten. Die Kanäle 40 dienen als Auslaßkanäle, und die Öffnungen 39 dienen als Auslaßöffnungen.
Die Bezugszahl 42 bezeichnet eine Düse aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Düse 42 umfaßt einen hohlzylindrischen 43 mit großem Durchmesser, einen Düsen-Hauptkörperabschnitt 45 mit kleinem Durchmesser mit einem Düsenloch 44, und einen mittleren Abschnitt 46 zum Verbinden des Abschnitts 43 mit großem Durchmesser mit dem Hauptkörperabschnitt 45. Das Düsenloch 44 besteht aus einem zylindrischen Lochabschnitt 47 als Halsabschnitt, in den der zentrische Abschnitt 9 des festen Elements gasdicht eingepaßt ist, und einem konischen Lochabschnitt 48, der sich außerhalb davon erstreckt. Ein Ende 49 des großen Durchmesser aufweisenden Abschnitts 43 der Düse 42 ist in gasdichten Eingriff mit einer Innennut gebracht, die in einem erweiterten Endabschnitt 50 des großen Durchmesser aufweisenden, zylindrischen Abschnitts 38 des beweglichen Teils 21 gebracht ist, so daß die Düse 42 mit dem großen Durchmesser aufweisenden, zylindrischen Abschnitt 38, den Innenwandabschnitten 41, dem konischen Abschnitt 26 und dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 des beweglichen Teils 21 zusammenwirkt, um eine Expansionskammer 51 festzulegen, in der das durch den Bogen erwärmte und komprimierte Gas bevorratet oder aufgestaut wird.
Außerdem sind der Körper 4 des festen Elements und das bewegliche Teil 21 über Anschlüsse 52 und 53 in einer Wechselspannungsleitung von z.B. 50 bis 60 Hz in Reihe geschaltet. Im (geschlossenen) Nichtbetriebszustand eines Lastschalters 60 mit dem vorstehend genannten Aufbau fließt elektrischer Strom zwischen den Anschlüssen 52 und 53 über die elektrischen Verbindungen zwischen dem zentrischen Abschnitt 9 des festen Elements und dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33, die in Kontakt miteinander stehen, sowie zwischen dem Hauptabschnitt 10 des festen Elements und dem großen Durchmesser aufweisenden, zylindrischen Abschnitt 38 des beweglichen Teils 21, die in Kontakt miteinander stehen, wie in Fig. 1 dargestellt.
Beim Unterbrechen der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlüssen 52 und 53 wird der Lastschalter 60 auf die folgende Weise betrieben.
Zunächst wird die Betätigungsvorrichtung 22 beim Empfangen eines Befehls (Signal) zum Unterbrechen des Stroms betätigt, um dafür zu sorgen, daß sich der Schaftabschnitt 24 des beweglichen Teils 21 in der Richtung A in bezug auf den Körper 4 des festen Elements und den Rahmenkörper 11 verstellt. Diese Verstellung unterbricht zunächst die elektrische Verbindung zwischen dem Hauptabschnitt 10 des festen Elements und dem großen Durchmesser aufweisenden, zylindrischen Abschnitt 38 des beweglichen Teils 21, jedoch werden der zentrische Abschnitt 9 des festen Elements und der bewegliche Kontaktstückabschnitt 33 in Kontakt miteinander gehalten. Die Verstellung des beweglichen Teils 21 in der Richtung A bewirkt, daß der zylindrische Kolbenabschnitt 15 des Rahmenkörpers 11 relativ in die Ausblaskammer 30 hinein in der Richtung B verstellt wird, so daß der Gasdruck in der Ausblaskammer 30 und der mit ihr in Verbindung stehenden Expansionskammer 51 ansteigt.
Eine weitere Verstellung des Schaftabschnitts 24 in der Richtung A bewirkt, daß der zentrische Abschnitt 9 des festen Elements aus dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 herausgleitet, wodurch der Trennvorgang hinsichtlich des beweglichen Kontaktstückabschnitts 33 vom zentrischen Abschnitt 9 des festen Elements beginnt. Im Ergebnis beginnt eine Bogenentladung 61 zwischen dem zentrischen Abschnitt 9 des festen Elements und dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 stattzufinden. Während des Anfangsstadiums dieses Unterbrechungsvorgangs verschließt der zentrische Abschnitt 9 des festen Elements immer noch das Loch 47 der Düse 42, so daß das relative Einschieben des zylindrischen Kolbenabschnitts 15 des Rahmenkörpers 11 in die Ausblaskammer 30 in der Richtung B einen Druckanstieg des Gases nicht nur in der Ausblaskammer 30 und der Expansionskammer 52 sondern auch in derjenigen Kammer 36 bewirkt, die innerhalb des beweglichen Kontaktstückabschnitts 33 festgelegt ist und in Verbindung mit der Expansionskammer 51 und den Auslaßkanälen 40 steht, deren Öffnungen 39 durch den als Sperreinrichtung wirkenden zylindrischen Abschnitt 38 verschlossen sind. Außerdem bewirkt der zwischen dem zentrischen Abschnitt 9 des festen Elements und dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 erzeugte Bogen 61, daß das Gas in der Expansionskammer 51 und der Kammer 36 innerhalb des beweglichen Kontaktstückabschnitts 33 erwärmt wird, was zu einem Druckanstieg des Gases in der Expansionskammer 51 und dergleichen führt.
Wenn der zu unterbrechende elektrische Strom relativ klein ist, wird, da der Bogen 61 das Gas relativ wenig erwärmt, dieses Gas durch den Bogen 61 weder so sehr erwärmt noch komprimiert, jedoch wird das Gas in den Kammern 30, 51, 36 und 40 so weit komprimiert, daß es aufgrund des Einführens des Kolbens 15 in die Ausblaskammer 30 ein bestimmtes Druckniveau erreicht. Demgemäß wird, wie in Fig. 2 dargestellt, dann, wenn eine weitere Verstellung des beweglichen Teils 21 in der Richtung A dafür sorgt, daß der zentrische Abschnitt 9 des festen Elements aus dem halsförmigen zylindrischen Loch 47 der Düse 42 herausgleitet, das gasförmige Plasma der Bogenentladung 61 durch die Gasströmung 62 gekühlt, die durch den halsähnlichen Lochabschnitt 47 aus der Expansionskammer 51 strömt, d.h. durch Ausblasen der Gasströmung 62, was dazu führt, daß der elektrische Widerstand in diesem gasförmigen Bereich ansteigt, wodurch die Bogenentladung 61 zu einem Zeitpunkt gelöscht wird, der dicht beim Nulldurchgang der Momentanamplitude des elektrischen Wechselstroms liegt, wo der Bogen 61 dünn ist, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem zentrischen Abschnitt 9 des festen Elements und dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 unterbrochen wird.
Da im Lastschalter 60 kein Auslaßkanal im Schaft 24 ausgebildet ist, abweichend vom Fall bei herkömmlichen Lastschaltern, kann der Schaft 24 mit relativ kleinem Durchmesser ausgebildet werden. Außerdem muß bei einem kleinen Strom nur eine kleine Gasmenge ausgeblasen werden, so daß auch der Durchmesser der um den Schaft 24 mit relativ kleinem Durchmesser ausgebildeten Ausblaskammer 30 relativ klein sein kann, was dazu führt, daß der Querschnitt der Ausblaskammer 30 verringert ist, weswegen die auf die Betätigungsvorrichtung 22 ausgeübte Betätigungskraft verringert werden kann.
Andererseits wird dann, wenn der zu unterbrechende elektrische Strom groß ist, das Gas im Bogen 61 weiter erwärmt und komprimiert, bis der zentrische Abschnitt 9 des festen Elements aus dem halsförmigen Lochabschnitt 47 der Düse 42 herausgleitet, wie in Fig. 2 dargestellt, jedoch ist es unmöglich, den Bogen 61 durch Kühlen zu löschen, wenn nur der Ausblasvorgang der Gasströmung 62 verwendet wird, die durch den halsförmigen Lochabschnitt 47 der Düse 42 läuft. Wenn jedoch das bewegliche Teil 21 weiter in der Richtung A verstellt wird, um den Unterbrechungsvorgang in sein Zwischenstadium zu bringen, wie in Fig. 3 dargestellt, ist dafür gesorgt, daß der zentrische Abschnitt 9 des festen Elements aus dem konischen Loch 48 der Düse 42 heraustritt, und die Auslaßöffnungen 39 der Auslaßkanäle 40 werden in die Position C verstellt, damit sie vollständig mit den Öffnungen 20 des als Sperreinrichtung wirkenden zylindrischen Abschnitts 19 mit großem Durchmesser in Verbindung stehen. Demgemäß wird das gasförmige Plasma der Bogenentladung 61 durch zwei Gasströmungen gekühlt, nämlich durch die Doppelströmungen, zu denen die durch den halsähnlichen Lochabschnitt 47 von der Ausblaskammer 30 und der Expansionskammer 51, deren Innendruck erhöht wurde, strömende Gasströmung 62 und die von der Expansionskammer 51 durch die Kammer 36, die Auslaßkanäle 40 und die Öffnungen 39 strömende Gasströmung 63 gehören, was dazu führt, daß der elektrische Widerstand in diesem Bogenbereich erhöht wird, um den Bogen 61 zu einem Zeitpunkt nahe dem Nulldurchgang der Momentanamplitude des elektrischen Wechselstroms zu löschen, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem zentrischen Abschnitt 9 des festen Elements und dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 unterbrochen wird. Die Zeit ab dem Empfang des Trennbefehls bis zum Löschen des Bogens 61 entspricht im wesentlichen der Zeit, in der der Wechselstrom-Momentanwert zweimal null wird (z.B. 1/50 bis 1/60 Sek.).
Im Lastschalter 60 kann die Länge des Auslaßkanals 40 unabhängig von der Länge der Ausblaskammer 30 verkürzt werden, da die Auslaßkanäle 40 so angeordnet sind, daß sie sich zwischen dem beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 und der Ausblaskammer 30 radial nach außen erstrecken, abweichend vom Fall bei herkömmlichen Lastschaltern. Demgemäß kann der Strömungswiderstand im Auslaßkanal 40 gegen die Gasströmung 63, wie sie durch die Auslaßkanäle 40 und die Öffnungen 39 ausgegeben wird, verringert werden, so daß die Gasströmung 63 zu dem in Fig. 3 dargestellten Zeitpunkt ausreichend groß gemacht werden kann, um dadurch das Löschen des Bogens 61 unter Verwendung der Gasströmung 63 in Zusammenwirkung mit der Gasströmung 62 zuverlässiger zu gewährleisten.
Beim Schaltkreis-Trennvorgang tritt in dem in Fig. 2 dargestellten frühen Stadium ein Bogen 61 zwischen dem festen Kontaktstück 9 und dem beweglichen Kontaktstück 33 auf, und dadurch wird das bogenlöschende Gas im Zylinder 38 und in der Ausblaskammer 30 erwärmt. Da die Öffnung 39 am beweglichen Kontaktstück 33 durch die Abgasführung 19 verschlossen ist, tritt dabei keine unnütze Gasströmung auf.
Wenn beim Schaltkreis-Trennvorgang in dem in Fig. 3 dargestellten mittleren Stadium das feste Kontaktstück 9 aus der isolierenden Düse 42 heraustritt, tritt auch die Öffnung 39 am beweglichen Abschnitt aus der Abgasführung 19 heraus und es treten gleichzeitig Gasströmungen in beiden Richtungen auf, um den Bogen 61 zu löschen.
Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Gaslastschalter kann ein Doppelströmungssystem, das einen wirkungsvollen Gasblasvorgang ausführen kann, durch die Verringerung des Strömungskanalwiderstands und die Erhöhung des Freiheitsgrads beim Einstellen der Oberflächen des Strömungskanals und der Öffnung 39, wegen dem Erfolg beim Verringern der Länge des Gasströmungskanals 40 seitens des beweglichen Abschnitts erzielt werden.
Jedoch hat der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Gaslastschalter den folgenden Nachteil, wenn die Spannung im Schaltkreis-Trennabschnitt erhöht werden muß und die Größe verkleinert werden muß.
Um die Spannung im Schaltkreis-Trennabschnitt zu erhöhen, ist es erforderlich, daß der Abstand L zwischen dem stationären Hauptteil 10 und der Abgasführung 19 im Schaltkreis- Unterbrechungszustand groß ist, wie in Fig. 3 dargestellt. Um jedoch den Abstand L zu erhöhen, müssen die Positionen des Vorderendes der Abgasführung 19 und der Öffnung 39 zur Seite des beweglichen Abschnitts hin verschoben werden. Dies bewirkt, daß die Abmessung der Schaltkreis-Trennstruktur in Längsrichtung zunimmt. Dies steht der Forderung entgegen, daß der Schaltkreis-Trennabschnitt verkürzt werden muß. Ferner nimmt auch die Länge des Gasströmungskanals 40 zu, so daß der Strömungskanalwiderstand ansteigt und sich die Schaltkreis-Unterbrechungsfunktion verschlechtert.
Außerdem bestehen einige andere Schwierigkeiten. D.h., daß das feststehende Kontaktstück 9, das bewegliche Kontaktstück 33 und die isolierende Düse 45 nicht leicht ausgetauscht werden können, da der Abstand L zu kurz ist, und die öffnung 39 kann nicht auf einfache Weise untersucht werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Gaslastschalter mit stabiler Schaltkreis-Trennfunktion zu schaffen, bei dem die Spannung in einem Schaltkreis-Trennabschnitt erhöht werden kann, und derselbe miniaturisiert werden kann.
Diese Aufgabe kann durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst werden.
Selbst wenn die Öffnung innerhalb der Kontaktschließzeit und der Zeit, zu der die Kontaktstücke im Anfangsstadium des Schaltkreis-Trennvorgangs voneinander getrennt werden, offen ist, tritt keine wesentliche Gasströmung vom beweglichen Kontaktstück aus auf, so daß in dieser Zeitspanne kein unnützes Ausströmen von Gas auftritt. Daher können ein Vergrößern des Abstands zwischen der Abgasführung und einem hohlzylindrischen Hauptabschnitt des festen Elements, der später genannt wird, und eine Erhöhung der Spannung im Schaltkreis- Trennabschnitt erfolgen, ohne die Größe des Schaltkreis- Trennabschnitts zu erhöhen und die Schaltkreis-Trennfunktion zu verringern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Gaslastschalters, wie er bereits von den Erfindern zur vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wurde, wobei der geschlossene Zustand dargestellt ist;
Fig. 2 und 3 sind Schnittansichten zu Fig. 1, die das Anfangsstadium bzw. das mittlere Stadium eines Trennvorgangs zeigen;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 und 6 sind Schnittansichten durch den Gaslastschalter von Fig. 4, die das Anfangsstadium bzw. das mittlere Stadium des Trennvorgangs zeigen;
Fig. 7 ist eine teilweise ausgebrochene Perspektivansicht des Gaslastschalters von Fig. 4, und sie zeigt ein Beispiel für den konkreten Aufbau eines beweglichen Teils;
Fig. 8 ist eine perspektivische Expiosionsansicht zu Fig. 7;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht des gesamten beweglichen Teils und der Abgasführung, wie in Fig. 4 dargestellt;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 11 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter gemäß noch einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter gemäß noch einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 13 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter gemäß noch einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 15 und 16 sind Schnittansichten durch den Gaslastschalter von Fig. 14, die das Anfangsstadium bzw. das mittlere Stadium eines Trennvorgangs zeigen; und
Fig. 17 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel im Zustand mit geschlossenem Kontakt.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform so, wie es im folgenden erläutert wird. Das Vorderende einer Abgasführung 19 ist zur Seite eines beweglichen Abschnitts verschoben, und eine Öffnung 39 ist im geschlossenen Zustand offen. Die Öffnung 39 wird durch die Abgasführung 19 verschlossen unmittelbar bevor das feste Kontaktstück 9 und das bewegliche Kontaktstück 33 getrennt werden, oder unmittelbar nachdem sie getrennt wurden. Der anschließende Schaltkreis-Trennvorgang wird auf dieselbe Weise wie beim Lastschalter ausgeführt, der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde.
Bei diesem Aufbau tritt selbst dann, wenn die Öffnung 39 zwischen der Kontaktschließzeit und der Zeit offen ist, zu der die Elektroden des festen und beweglichen Kontaktstücks 9 und 33 beim Schaltkreis-Trennvorgang getrennt werden, keine wesentliche Gasströmung ausgehend von der Düse 45 im beweglichen Kontaktstück 33 auf. D.h., daß die Länge L zwischen der Abgasführung 19 und dem Hauptabschnitt 10 des festen Elements erhöht werden kann und auch die Spannung im Schaltkreis-Trennabschnitt ohne Beeinflussung der Schaltkreis-Trennfunktion erhöht werden kann, da keine unnütze Gasströmung auftritt, die die Schaltkreis-Trennfunktion verschlechtern würde. Wenn z.B. die Polabstandslänge L zwischen der Abgasführung 19 und dem Hauptabschnitt 10 des festen Elements, wie in Fig. 6 dargestellt, länger als das 1,4-fache der in Fig. 3 dargestellten Polabstandslänge L wird, wird das Isoliervermögen zwischen den Polen der Abgasführung 19 und dem Hauptabschnitt 10 des festen Elements, wie in Fig. 6 dargestellt, ungefähr das 1,4-fache im Vergleich zum Fall bei Fig. 1.
In den Fig. 4 bis 6 ist das bewegliche Teil 21 als in der Praxis einstückig ausgebildeter Körper dargestellt, mit Ausnahme der isolierenden Düse 42. Jedoch kann das bewegliche Teil 21 eine Anordnung von Teilen sein, die geeignet hergestellt und zusammengebaut werden können. Die Fig. 7 bis 10 zeigen ein Beispiel für ein bewegliches Teil 21 aus einer Anordnung 21a.
Das bewegliche Teil 21a umfaßt vier elektrisch leitende Teile 71, 72, 73 und 74 sowie eine isolierende Düse 42. Das erste Teil 71 bildet hauptsächlich einen Schaftabschnitt 24 und einen beweglichen Kontaktstückabschnitt 33. Der bewegliche Kontaktstückabschnitt 33 des ersten Teils 71 ist am Umfang mit mehreren (z.B. drei oder vier) gleichbeabstandeten Schlitzabschnitten 40a versehen, die teilweise Auslaßkanäle 40 bilden. Das zweite Teil 72 bildet hauptsächlich eine Außenumfangswand oder einen Ausblaszylinder 31 einer Ausblaskammer 30 sowie einen konischen Wandabschnitt 26, der teilweise die Auslaßkanäle 40 und die Expansionskammern 51 bildet. Der Wandabschnitt 26 ist in Teilen, die die Expansionskammern 51 festlegen, in Umfangsrichtung mit gleichbeabstandeten Löchern versehen, die als Kanäle 32 dienen, um die Ausblaskammer 30 mit den Expansionskammern 51 zu verbinden. Die Expansionskammern 51, die Löcher 32 und die Auslaßkanäle 40 liegen jeweils mit derselben Anzahl vor. Ferner erstreckt sich in einem Teil dieses Beispiels ein radialer Außenendabschnitt 28 des konischen Wandabschnitts 26 nicht rechtwinklig sondern schräg zur Axialrichtung. Das dritte Teil 73 besteht aus einem schirmförmigen Teil, das hauptsächlich dazu dient, teilweise die Umfangswände der Auslaßkanäle 40 zu bilden. Konvexe Abschnitte des Winkelteils dienen zum Aufbauen von Wandabschnitten 41 der Auslaßkanäle 40, und konkave Abschnitte desselben sind dicht an den konischen Abschnitt 26 des zweiten Teils 72 gesetzt, um die Wandabschnitte der Expansionskammern 51 zu bilden. Die die Wandabschnitte 41 bildenden konvexen Abschnitte sind an Umfangspositionen ausgebildet, an denen sie genau mit den Schlitzabschnitten 40a des ersten Teils 71 übereinstimmen. Das vierte Teil 74 dient dazu, die isolierende Düse 42 luftdicht durch einen Abschnitt der Innenumfangswand eines Zylinders 38 zu halten, der als bewegliches Hauptelement dient, und auch dazu, hauptsächlich die Expansionskammern 51 zu bilden. Das vierte Teil 74 ist so auf den konischen Abschnitt 26 des zweiten Teils 72 gesetzt, daß es den beweglichen Kontaktstückabschnitt 33 des ersten Teils 71 und des dritten Teils 73 genau überdeckt. Das vierte Teil 74 ist mit Schlitzabschnitten 39a versehen, die den Auslaßöffnungen 39 an Umfangspositionen entsprechend den Auslaßkanälen 40 entsprechen.
Fig. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem der Rahmen 11 und das bewegliche Teil 21a des Lastschalters aus den in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Elementen bestehen.
Fig. 11 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter 80 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung (jedoch sind der Behälter 1 und dergleichen nicht dargestellt). In Fig. 11 sind dieselben Bezugszahlen verwendet, um dieselben Teile und Komponenten wie beim in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel zu bezeichnen.
In dem in Fig. 11 dargestellten Gaslastschalter 80 ist der Kanal 32 für die Verbindung zwischen der Ausblaskammer 30 und der Expansionskammer 51 mit einem Rückschlagventil 81 versehen. Das Rückschlagventil 81 ist so konstruiert, daß es eine Gasströmung von der Ausblaskammer 30 in die Expansionskammer 51 zuläßt, jedoch keine Gasströmung von der Expansionskammer 51 in die Ausblaskammer 30.
Infolgedessen wird beim Unterbrechen eines elektrischen Stroms, wenn der Gasdruck in der Expansionskammer 51 höher als in der Ausblaskammer 30 ist, das komprimierte Gas in der Expansionskammer 51 zunächst zum Ausblasen gegen den Bogen 61 verwendet, da das Rückschlagventil 81 geschlossen ist. D.h., daß das komprimierte Gas in der Expansionskammer 51 als Quelle für Kühlungsströme 62 und 63 entlang dem Bogen 61 dient. Dieses Ausblasen der Kühlströmungen 62 und 63 bewirkt, daß der Gasdruck in der Expansionskammer 51 unter dem Gasdruck in der Ausblaskammer 30 fällt. Dann öffnet das Rückschlagventil 81, damit das die Kühlströme 62 und 63 durch Herausblasen erzeugende Gas aus der Ausblaskammer 30 herrühren. Demgemäß kann die Dauer des Gasausblasens zum Löschen des Bogens 61 länger gemacht werden als bei einem Gaslastschalter 60 ohne Rückschlagventil 81, was das Löschen des Bogens 61 zuverlässiger gewährleistet. Außerdem kann die Gegenkraft gegen die Betätigung des Schafts 24 kleiner gemacht werden, da der Druck in der Ausblaskammer 30 selbst dann nicht ansteigt, wenn der Druck in der Expansionskammer 51 beim Unterbrechen eines großen elektrischen Stroms ansteigt.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter 83 gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung (jedoch sind der Behälter 1 und dergleichen nicht dargestellt). In Fig. 12 sind dieselben Bezugszahlen verwendet, um dieselben Teile und Komponenten wie beim in den Fig. 4 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel zu bezeichnen.
In dem in Fig. 12 dargestellten Gaslastschalter 83 ist eine Umfangswand 84 der Auslaßöffnung 39 jedes der Auslaßkanäle 40 durch einen ringförmigen Vorsprung gebildet, der in radialer Richtung des Schafts 24 vorspringt. D.h., daß der in radialer Richtung des Schafts 24 vorspringende, ringförmige Vorsprung 84 um jede der Auslaßöffnungen 39 im großen Durchmesser aufweisenden Zylinder 38 eines beweglichen Teils 21b, entsprechend dem beweglichen Teil 21 von Fig. 4, ausgebildet ist. Dies vergrößert den Radius des großen Durchmesser aufweisenden zylindrischen Zylinders 19a eines Rahmenkörpers 11a, der dem großen Durchmesser aufweisenden Zylinder 19 des Rahmenkörpers 11 von Fig. 1 entspricht, um einen Wert, der der radialen Höhe des Vorsprungs 84 entspricht. Es ist daher dafürgesorgt, daß der Zylinder 19a mit großem Durchmesser nur mit den vorspringenden Enden der ringförmigen Vorsprünge 84 in Gleitkontakt kommt, die in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen am beweglichen Teil 21b ausgebildet sind, wodurch die Auslaßöffnungen 39 geöffnet und geschlossen werden. Im Ergebnis kann die Gleitkontaktfläche des beweglichen Teils 21b kleiner als die des beweglichen Teils 21 gemacht werden, wodurch es möglich ist, den Gleitwiderstand des beweglichen Teils 21b zu verringern.
Fig. 13 ist eine Schnittansicht durch einen Gaslastschalter 85 gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung (jedoch sind der Behälter 1 und dergleichen nicht dargestellt). In Fig. 13 sind dieselben Bezugszahlen verwendet, um dieselben Teile und Komponenten wie bei dem in den Fig. 4 bis 11 dargestellten Ausführungsbeispiel zu bezeichnen.
Bei dem in Fig. 13 dargestellten Gaslastschalter 85 verfügt ein zylindrischer Abschnitt 31a eines beweglichen Elements 21c, der dem zylindrischen Abschnitt 31 des beweglichen Teils 21 in Fig. 4 entspricht, über großen Durchmesser, um in Gleitkontakt mit dem großen Durchmesser aufweisenden Zylinder 19 des Rahmenkörpers 11 gebracht zu werden. Daher hat auch eine Ausblaskammer 30a großen Durchmesser, und es ist ein Kolben-Hauptkörperabschnitt 86 des Rahmenkörpers 11b, der in die Ausblaskammer 30a eingeführt ist, am Vorderende eines Hohlschaft-Kolbenabschnitts 15a ausgebildet. Außerdem verfügt auch ein Loch 32a, das in der den Endabschnitt der Ausblaskammer 30a bildenden konischen Wand 26 ausgebildet ist, über großen Durchmesser. Der Aufbau dieses Ausführungsbeispiels ist einfacher als die Aufbauten der vorstehend angegebenen anderen Ausführungsbeispiele.
Außerdem ist das feste Hauptelement 10 überflüssig. In die sem Fall wirkt der zylindrische Abschnitt des beweglichen Teils 21 nicht als bewegliches Hauptelement, sondern er fungiert als Wand zum Festlegen der Expansionskammer.
In den Fig. 14 bis 16 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist wie dasjenige von Fig. 2 im Zustand mit geschlossenem Kontakt dargestellt. Der Unterschied liegt darin, daß eine Abschirmung 161 um ein stationäres Hauptteil 10 vorhanden ist und eine Gasabschirmung 162 vorhanden ist, die einstückig mit einer Abgasführung 19 ausgebildet ist. Die Bezugszahl 1 bezeichnet einen Isolator oder einen geerdeten Metallbehälter, und 163, 164 bezeichnen Gasräume. Es ist allgemein bekannt, einen Gaslastschalter mit einer Abschirmung zu versehen, die dazu verwendet wird, die elektrischen Felder zwischen der Abgasführung 19 und dem hohlzylindrischen Hauptabschnitt 10 des festen Elements zu schwächen, und mit einer Gasabschirmung zu versehen, die dazu verwendet wird, zu verhindern, daß ein Gas hoher Temperatur, das bei einem Trennvorgang in einem Schaltkreis mit großem Strom ausgegeben wird, den Behälter 1 beschädigt, oder um zu verhindern, daß ein dielektrischer Durchschlag auftritt, und zwar im Hinblick auf eine Erhöhung der Spannung im Lastschalter. Das Ausführungsbeispiel, bei dem die Abgasführung 19 und die Gasabschirmung 162 einstückig ausgebildet sind, ermöglicht es, die Anzahl von Teilen zu verringern.
In Fig. 17 befindet sich das dort dargestellte Ausführungsbeispiel im mittleren Stadium eines Schaltkreis-Trennvorgangs. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem von Fig. 16 dahingehend, daß eine Gasabschirmung 162 mit Auslaßbohrungen 65 vorhanden ist, wobei an der Außenseite dieser Bohrungen ein Gasabschirmungsteil 66 vorhanden ist.
Bei einem Schaltkreis-Trennaufbau, auf den die Erfindung angewandt ist, ist der Gasströmungskanal, der sich von einem beweglichen Kontaktstück 33, an dem sich ein Bogen bildet, über eine Düse 45 und einen Gasströmungskanal 40 zu einer Öffnung 39 erstreckt, verkürzt. Demgemäß wird das Gas durch die Umfangsteile nicht wesentlich gekühlt und es wird ein Gas mit hoher Temperatur in einen Gasraum 163 ausgegeben. Demgemäß steigt der Druck im Gasraum 163 an und die Strömungsrate des Gases aus der Öffnung 39 ist beschränkt, so daß sich die Schaltkreis-Trennfunktion verschlechtert. Wenn Auslaßbohrungen 65 in einer Gasabschirmung 62 mit einem Gasabschirmungsteil 66 an der Außenseite der Bohrungen vorhanden sind, wie beim Ausführungsbeispiel, können ein Anstieg des Drucks im Gasraum 163, ein Beschädigen eines Behälters 1 wegen einer Gasströmung hoher Temperatur aus dem Gasraum 163 in den Gasraum 164 sowie ein dielektrischer Durchschlag zwischen dem Schaltkreis-Trennaufbau und dem Behälter 1 verhindert werden.
Gemäß der Erfindung kann der Anode-Kathode-Abstand erhöht werden, ohne die Schaltkreis-Trennfunktion nachteilig zu beeinflussen, so daß ein Gaslastschalter geschaffen werden kann, der die Spannung im Schaltkreis-Trennabschnitt auf einen Wert erhöhen kann und stabile Schaltkreis-Trennfunktion aufweist.

Claims

1. Gaslastschalter mit

einem Paar von voneinander trennbaren Kontaktstücken, zu denen ein festes Kontaktstück (9) und ein bewegbares Kontaktstück (33) gehören,

eine die Kontaktstücke umgebende isolierende Düse (42) aus elektrisch isolierendem Material zur Führung einer Gasströmung,

eine Blaskammer (30) zum Komprimieren des Gases in Verbindung mit einem Trennvorgang der Kontaktstücke,

einen mit dem bewegbaren Kontaktstück und der isolierenden Düse einstückig ausgebildeten Zylinder (38), der eine mit der Blaskammer (30) kommunizierende Expansionskammer (51) bildet,

einen von der Expansionskammer (51) zu einer Auslaßöffnung (39) führenden Auslaßkanal (40), der an der Seite des Zylinders eine Öffnung aufweist, und

eine mit dem Zylinder gasdicht in Verbindung stehende Abgasführung (19),

dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (39) in der Schließstellung des bewegbaren Kontaktstücks (33) mit dem festen Kontaktstück (9) offen ist und mit einem Außenraum in Verbindung steht, von einem Anfangsstadium des Trennvorgangs zwischen dem bewegbaren und dem festen Kontaktstück (33, 9) durch die Abgasführung (19) geschlossen wird und in einem anschließenden Stadium des Trennvorgangs öffnet.

2. Gaslastschalter nach Anspruch 1, wobei die Abgasführung eine Gas-Abschirmplatte (162) aufweist.

3. Gaslastschalter nach Anspruch 2, wobei die Gas-Abschirmplatte (162) eine Auslaßbohrung (65) aufweist.

4. Gaslastschalter nach Anspruch 1, wobei die Abgasführung (19) eine Auslaßöffnung zum Abführen des Gases aus der Blaskammer (51) durch den Auslaßkanal (40) aufweist.