DE729599C - Schalter mit Lichtbogenloeschung mittels des durch einen Hilfslichtbogen erzeugten Druckes - Google Patents

Description

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Neuzeitliche Leistungsschalter müssen imstande sein, hohe Kurzschlußströme innerhalb einer Wechselstromperiode zu unterbrechen, und zwar auch bei sehr hohen Betriebsspannun-S gen. Bei höheren Nennströmen haben dabei die Kontakte beträchtliche Querschnitte. Mit Rücksicht auf die hohen Betriebsspannungen, die abgeschaltet werden müssen, und auch mit Rücksicht auf eine gute Wirkungsweise der

to Löschvorrichtung muß dem beweglichen Schaltstück eine hohe Schaltgeschwindigkeit erteilt werden, was insbesondere bei großer Schaltstückmasse nur durch Anwendung sehr starker Schalterantriebe zu erreichen ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine hohe Kontakttrennungsgeschwindigkeit bei Anwendung eines normalen Schalterantriebes zu erreichen. Die Erfindung bezieht sich auf die bekannte Schalterbauart, welche außer der Hauptunterbrechungsstelle eine voreilend öffnende Unterbrechungsstelle besitzt. Bei diesen Schaltern mit zwei nacheinander öffnenden Unterbrechungsstellen, bei denen die beweglichen Teile der beiden Unterbrechungsstellen mit Hilfe von elastischen Zwischengliedern derart mechanisch hintereinander geschaltet sind, daß zu Beginn der Ausschaltbewegung das Gegenschaltstück des beweglichen Hauptschaltstiftes diesem zunächst folgt, so daß die in einer Löschvorrichtung angeordnete Hauptunterbrechungsstelle zunächst geschlossen bleibt und im weiteren Verlauf der Ausschaltbewegung geöffnet wird, wird indessen nach der erfolgten Öffnung der Hauptunterbrechungsstelle bei stillstehendem, den beiden Unterbrechungsstellen gemeinsamen Gegenschaltstück nur der mit dem Schalterantrieb verbundene Schaltstift bewegt. Die ausschließlich vom Schalterantrieb abhängige Schaltgeschwindigkeit kann somit nur begrenzte Werte erreichen.

Es ist zwar bei Schaltern mit Lichtbogenlöschung mittels des durch einen Hilfslichtbogen erzeugten Druckes an sich bekannt, dem für beide Unterbrechungsstellen gemeinsamen Gegenschaltstück eine rückläufige Bewegung zu erteilen. Diese rückläufige Bewegung wird jedoch mittels einer Rückzugfeder hervorgerufen, deren Kraft bei Annäherung des zu unterbrechenden Wechselstromes an seinen Nullwert die entgegengesetzt wirkende Stromkraft überwiegt. Auf diese Weise soll bei der vorbekannten Anordnung die Lichtbogenlänge an der 'Hilfsunterbrechungsstelle reguliert werden. Trotz der möglichen rückläufigen' Bewegung des für die beiden Unterbrechungsstellen gemeinsamen Gegenschaltstückes bleibt die Hauptunterbrechungsstelle bei der geöffneten Hüfsunterbrechungsstelle geöffnet. Da darüber hinaus

bei dem bekannten Schalter der Kontakt durch den die Hauptunterbrechungsstelle gebildet wird, dem an der Schalttraverse vorgesehenen Kontakt nachfolgt, welcher der zuerst öffnenden Hilfsunterbrechungsstelle zugeordnet ist, so ist die Geschwindigkeit der Trennbewegung der Hauptkontakte auch an und für sich verhältnismäßig niedrig.

Ferner ist es zwar bei Schaltern an sich bekannt, eine Beschleunigung der Trennbewegung der Kontakte durch den Lichtbogendruck herbeizuführen. Es handelt sich jedoch dabei um Schalter mit nur einer Unterbrechungsstelle, bei denen der Lichtbogen sofort beim Trennen •5 der Kontakte, also bevor die für die Lichtbogenlöschung günstigen Voraussetzungen — vor allem eine hinreichend hohe Schaltgeschwindigkeit — erfüllt sind, der Einwirkung des Löschmittels ausgesetzt wird. Dies hat einen erhöhten Löschmittelverbrauch und eine hohe thermische Beanspruchnug der Löschkammer zur Folge.

Gegenüber den bekannten Schaltern zeichnet sich der Schalter nach der Erfindung im we^a5 sentlichen dadurch aus, daß an der Hilfsschaltstelle der vom Hilfslichtbogen erzeugte Druck nach dem Erreichen einer vorbestimmten Höhe dem Zwischenkontakt eine rückläufige Bewegung erteilt, durch welche die Haupttrennstelle geöffnet und die Hilfstrennstelle wieder geschlossen wird. Hierdurch wird im Gegensatz zu den bekannten Schaltern eine besonders schnelle Kontakttrennung an der in einer Löschvorrichtung angeordnetenHauptunterbrechungsstelle bewirkt, zumal hierbei der der Hauptunterbrechungsstelle gehörende bewegliche Kontakt unmittelbar an der Schalttraverse befestigt werden kann. Da die Hilfstrennstelle noch während des Abschaltvorganges geschlossen wird, so daß der Vorlichtbogen erlischt, so wird zugleich die Entwicklung eines unerwünscht hohen Druckes innerhalb der Druckkammer verhindert. Ferner dadurch, daß beim Erfindungsgegenstand die rückläufige Bewegung des Gegenkontaktes von dem an der Hilfsunterbrechungsstelle entwickelten Druck ausgelöst wird, erfolgt die Trennung an der Hauptunterbrechungsstelle, insbesondere im Gegensatz zu den Schaltern mit nur einer So Unterbrechungsstelle, zu einem Zeitpunkt, wo der bewegliche Schaltstift schon eine hohe Schaltgeschwindigkeit erreicht hat. Daraus ergibt sich eine Verkürzung der Löschdauer und damit eine Verminderung der thermischen Beanspruchung der Kammer.

Hierbei kann vorteilhaft ein das Zwischenschaltstück bewegender Kolben in einer Kammer angeordnet sein, die von der voreilenden Unterbrechungsstelle aus unter Druck gesetzt wird. Eine besonders gedrungene und wirtschaftliche Bauart ergibt sich hierbei, wenn das Zwischenschaltstück aus zwei Teilen besteht, zwischen die eine starke Druckfeder eingeschaltet ist, wobei auf den oberen Teil eine schwächere Druckfeder wirkt, die diesen Teil in der Riehtung des beweglichen Kontaktes der Haupttrennstelle zu bewegen sucht.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, wobei die Figuren 1, 2 und 3 ein Ausführungsbeispiel, die Figur 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.

Fig. ι zeigt die Gesamtansicht eines Schalters nach der Erfindung, wobei in einem mit öl gefüllten Schalterkessel 1 an den zwei Durchführungsisolatoren 2, 3 die zwei Tragstücke 4, 5 des feststehenden Schaltstückes angeordnet sind. An diesen Tragstücken sind mittels Flanschstücken 6, 7 die Druckkammern 8, 9 befestigt. Von diesen werden die Löschvorrichtungen 10, 11 getragen. 12 ist die bewegliehe Kontaktbrücke, die durch die Isolierstange 13 vom Schalterantrieb aus bewegt wird und an der zwei Schaltstifte 14, 15 befestigt sind.

Nach Fig. 2 enthält das Tragstück 4 eine Druckfeder 16, die auf einen beweglichen Schaltstift 17 drückt. Dieser ist durch eine Bohrung des Flanschstückes 6 hindurchgeführt, welche sich in ihrem oberen Teil zu einem Dämpfungszylinder 18 erweitert. In diesen paßt der ver- stärkte obere Teil 19 des Schaltstückes 17. Wird das Schaltstück 17 nach unten bewegt, so wirkt der Zylinder 18 mit dem kolbenförmigen Teil 19 als Öldämpfungspumpe und verlangsamt die Bewegung des Schaltstiftes 17.

Innerhalb des Druckzylinders 8 und der Löschvorrichtung 10"bewegt sich das ebenfalls stiftförmige Zwischenschaltstück 20. An diesem ist eine Stützplatte 21 befestigt, gegen welche sich die Druckfeder 22 stützt. 23 ist ein Zylinder, in dem sich der Gleitkolben 24 bewegen kann. Wie Fig. 3 zeigt, befindet sich zwischen dem Zylinder 23 und dem äußeren Zylinder 8 der Druckraum 34. In diesem ist die obere Kontaktstelle 25 des Zwischenschaltstückes mit «05 dem oberen Schaltstift 17 angeordnet. Der Druckraum 34 ist durch eine verhältnismäßig enge Druckausgleichsöffnung 26 mit dem Ölkesselraum verbunden. 27 ist eine Druckausgleichsöffnung für den inneren Zylinder- im raum. Die Löschvorrichtung 10 ist in an sich bekannter Weise aus einem Stapel von Isolierplatten 28, 29 aufgebaut, die mit einem durch den ganzen Stapel hindurchgehenden länglichen ■ Schlitz für die Bewegung des Lichtbogens versehen sind. Die Platten 28 besitzen außerdem noch nischenartige Erweiterungen 30 für das Zurückhalten der Flüssigkeit. Zwischen je wei Isolierplatten 29 ist je eine magnetische Platte 31 eingeschaltet, die dazu dient, ein mit dem Lichtbogen verkettetes Magnetfeld ;u erzeugen, das den Lichtbogen nach der ge-

schlossenen Seite des Schlitzes, also nach rechts bewegt. Im ganzen sind vier solcher Platten vorgesehen. Die linke Seite des Schlitzes der Isolierplatte 28 steht durch Gasabzugsöffnungen 32 mit dem Kesselraum in Verbindung. Die untere Kontaktstelle 33 des Zwischenschaltstückes 20 mit dem an der Schaltbrücke 12 befestigten Schaltstift 14 befindet sich innerhalb der Löschvorrichtung 10. 35 ist ein Lichtbogenhorn, vorteilhaft aus einer Mischung von Silber und Wolfram, z. B. im Mischungsverhältnis von 40:60.

Bei diesem Schalter hat das Öl eine doppelte Funktion. Einerseits dient es nämlich als Mittel zur Lichtbogenlöschung, andererseits als druckerzeugendes Mittel für die Beschleunigung der Kontaktbewegung. Für beide Zwecke ist es gut geeignet. Sobald zum Zweck der Stromunterbrechung die Schaltbrücke 12 durch die Schaltstange 13 nach abwärts bewegt wird, kommt die Druckfeder 22 zur Wirkung, welche das Zwischenschaltstück 20 in der gleichen Richtung bewegt. Da die Bewegung des Schaltstiftes 17, der unter" der Wirkung der Druck-

feder 16 steht, durch die Öldämpfungspumpe 18, 19 verzögert ist, so öffnet sich der Kontakt 25, und dadurch wird an dieser Stelle ein voreilender Lichtbogen gezündet, der Öl verdampft und den Druckraum 34 unter Druck setzt. Der Druck wirkt von unten auf den Gleitkolben 24 der sich in dem Zylinder 23 mit hoher Geschwindigkeit nach "aufwärts bewegt. Diese Kolbenbewegung hat zwei Wirkungen: erstens wird der Kontakt an der Kontaktstelle 33 unterbrochen und an dieser Stelle wird sehr rasch innerhalb der Löschvorrichtung 10 eine lange Unterbrechungsstrecke eingeschaltet, da sich das verhältnismäßig leichte Zwischenschaltstück unter der Wirkung des Druckkolbens 24 sehr rasch nach aufwärts bewegt, zweitens verursacht die Aufwärtsbewegung des Zwischenschaltstückes 20, daß der Kontakt an der Stelle 25 wieder geschlossen wird, so daß der Vorlichtbogen erlischt. Auf diese Weise wird die Entwicklung eines unerwünscht hohen Druckes innerhalb der Druckkammer verhindert. Ein zu hoher Druck in der Druckkammer kann sich auch durch die Druckausgleichöffnungen 26 ausgleichen sowie durch die

Öffnung 27, wenn der Kolben 24 durch einen zu starken Druck in die äußerste obere Lage bewegt wird. Das Zwischenschaltstück 20 kehrt, nachdem der Druck auf den Kolben 24 zu wirken aufgehört hat, verhältnismäßig langsam in seine untere Lage zurück, da die Öffnung 26 als Drosselsöffnung wirkt. Unmittelbar nach der Öffnung des Hauptkontaktes an der Stelle 33 wird der Unterbrechungslichtbogen mit seinem oberen Fußpunkt von den Lichtbogenhörnern 35 übernommen. Infolge der starken Verlängerung des Unterbrechungslichtbogens wird in der Löschvorrichtung 10 von ihm in kurzer Zeit eine große Menge Gas aus dem Öl entwickelt, wodurch die Löschwirkung der Löscheinrichtung gesteigert wird. Um den Höchstwert der Kontakttrennungsgeschwindigkeit zu erzielen, muß man dem Zwischenschaltstück 20 eine möglichst kleine Masse geben.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 besitzt eine gedrungenere und billigere Bauart. Das oberste Schaltstück 40 ist an dem Tragstück 41, welches dem Tragstück 4 der Fig. 2 entspricht, fest angebracht. 42 ist der äußere, 43 der innere Druckzylinder. 44 ist der Gleitkolben. Das Zwischenschaltstück besteht aus zwei Teilen 45, 46, wobei an dem unteren Teil die Stützplatte 47, an dem oberen Teil die Stützplatte 48 befestigt ist. Zwischen die beiden Stützplatten ist eine Druckfeder 49 eingeschaltet, während die beiden Schaltstückteile durch einen biegsamen Leiter 50 miteinander verbunden sind. Auf die obere Druckplatte 48 wirkt noch eine schwächere Druckfeder 51. Femer sind auf dieser Druckplatte Dämpfungszylinder 52 befestigt, in denen Dämpfungskolben 53 gleiten, die an vier BoI-zen 54 befestigt sind, welche an ihren unteren Enden Anschläge 55 aufweisen. Das untere Schaltstück 45 besitzt Anschlagarme 56, die die Anschläge 55 mitnehmen können.

Diese Einrichtung wirkt folgendermaßen: Sobald sich beim Unterbrechungsvorgang der Schaltstift 14 nach abwärts zu bewegen beginnt, bewegt sich die untere Stützplatte 47 und mit ihr der untere Teil 45 des Zwischenkontaktes unter der Wirkung der Feder 49 mit. Diese Bewegung ist nur kurz, dann kommen nämlich die Anschlagfinger 56 mit den Anschlagstücken 55 der Bolzen 54 in Berührung. Von diesem Augenblick an werden die beiden Schaltstifte 45, 46 als eine Einheit bewegt unter der Wirkung der oberen Feder 51. Hierdurch wird der obere Kontakt 57 zwischen den Schaltstiften 40 und 46 unterbrochen. Die Dämpfungswirkung der Kolben 53 in den Zylindern 52 verhindert die untere Feder 49 daran, das obere bewegliche Schaltstück 46 in der Richtung gegen das feste Schaltstück 40 zu bewegen. Es wird daher ein Lichtbogen an der Vorkontaktstelle 57 gezogen, der Öldampf bildet und den Druckraum unter Druck setzt. Der Druck wirkt auf den Kolben 44 no und bewegt ihn mit hoher Geschwindigkeit aufwärts. Der Kolben trifft auf die Platte 47, die an dem Kontaktstift 45 befestigt ist, und bewegt auch diesen mit hoher Geschwindigkeit aufwärts. Hierdurch wird ein langer Unterbrechungslichtbogen in der Löscheinrichtung gezogen. Gleichzeitig bewirkt der aufwärts gehende Kolben 44 ein Wiederschließen des Vorkontaktes 57. Dies ist dadurch möglich, daß die Feder 49 viel stärker ist als die Feder 51. Zu dem gleichen Zweck ist auch im Ausführungsbeispiel Fig. 2 die Feder 22 stärker als die Fe-

der i6. Wäre die Feder 49 schwächer als die Feder 51, dann würde die Aufwärtsbewegung des Kolbens 44 das Schließen des Kontaktes 57 nicht bewirken, sondern lediglich die Feder 49 zusammenpressen. Die Druckausgleichsöffnung 58 verhindert das Entstehen eines unzulässig hohen Druckes innerhalb des Druckzylinders.

Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist

nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel

beschränkt, insbesondere können statt öl auch andere Stoffe verwendet werden, die unter Einwirkung der Lichtbogenhitze Dämpfe entwickeln. Bei der Anwendung von anderen Flüssigkeiten sind solche zu bevorzugen, deren Dämpfe gute Löscheigenschaften haben und außerdem das Ziehen von Lichtbogen an den Kontakten erleichtern. Aus diesem Grunde sowie im Hinblick auf die durch die Dämpfe oder Gase unter Druck bewirkte Kontaktbewegung sind Stoffe mit möglichst großer Dampfentwicklung von besonderem Vorteil.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Schalter mit Lichtbogenlöschung mittels des durch einen Hilfslichtbogen an einem zwischen den Hauptkontakten liegenden Zwischenschaltstück erzeugten Druckes, bei welchem zu Beginn der Ausschaltbewegung die Haupttrennstelle zunächst geschlossen bleibt und sich nur die Hilfsschaltstelle öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Hilfsschaltstelle vom Hilfslichtbogen erzeugte Druck nach dem Erreichen einer vorbestimmten Höhe dem Zwischenkontakt eine rückläufige Bewegung erteilt, durch welche die Haupttrennstelle geöffnet und die Hilfstrennstelle wieder geschlossen wird.
2. 2. Schalter nach -Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenschaltstück (20) an einem beweglichen Kolben (24) in einer Kammer (23) angeordnet ist, die von der voreilenden Unterbrechungsstelle (25) aus unter Druck gesetzt wird (Fig. 2).
3. 3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenschaltstück aus zwei Teilen (45 und 46) besteht, zwischen die eine starke Druckfeder (49) eingeschaltet ist, wobei auf den oberen Teil eine schwächere Druckfeder (51) wirkt, die diesen Teil in der Richtung des beweglichen Kontaktes (14) der Haupttrennstelle zu bewegen sucht (Fig. 4).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen