EP0158916A2 - Elektrischer Lastschalter, insbesondere zur Verwendung in Mittelspannungsschaltgeräten - Google Patents

Elektrischer Lastschalter, insbesondere zur Verwendung in Mittelspannungsschaltgeräten Download PDF

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EP0158916A2
EP0158916A2 EP85103935A EP85103935A EP0158916A2 EP 0158916 A2 EP0158916 A2 EP 0158916A2 EP 85103935 A EP85103935 A EP 85103935A EP 85103935 A EP85103935 A EP 85103935A EP 0158916 A2 EP0158916 A2 EP 0158916A2
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EP
European Patent Office
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pin
sleeve
contact socket
load switch
arc
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP85103935A
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English (en)
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EP0158916A3 (de
Inventor
Bruno Dipl.-Ing. Gengenbach
Roland Dr. Dipl.-Ing. Michal
Jens Dipl.-Ing. Radbruch
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Doduco Solutions GmbH
Original Assignee
Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
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Application filed by Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter filed Critical Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Publication of EP0158916A2 publication Critical patent/EP0158916A2/de
Publication of EP0158916A3 publication Critical patent/EP0158916A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/76—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts; Selection of material therefor
    • H01H33/765—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein arc-extinguishing gas is evolved from stationary parts; Selection of material therefor the gas-evolving material being incorporated in the contact material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/36—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by sliding
    • H01H1/38—Plug-and-socket contacts
    • H01H1/385—Contact arrangements for high voltage gas blast circuit breakers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/53—Bases or cases for heavy duty; Bases or cases for high voltage with means for preventing corona or arcing

Definitions

  • the invention relates to an electrical load switch with the features specified in the preamble of claim 1. If the two contacting parts, namely the pin and the contact socket, are separated from one another under load in such switches, an arc is generally drawn which requires extinguishing. To extinguish the arc, it is known to provide parts made of hard gas material in the immediate vicinity of the contact socket and the contact pin, these are parts which, under the action of the arc, release mainly hydrogen and possibly C0 2 and electronegative gases which extinguish the arc bring. Such switches are known as "hard gas switches”. However, their arc quenching capacity is unsatisfactory in some load ranges, for example when interrupting small currents, which occurs when transformers are switched off, or when interrupting currents of the order of 1 kA.
  • the invention has for its object to provide a load switch which can be used in particular for use in medium-voltage switching devices and which is distinguished by good arc-quenching properties.
  • This object is achieved with a load switch with the features specified in the preamble of claim 1 solved in that the pin in a front section including its tip, which is shorter than the insertion depth of the pin, consists of a composite material or is coated with it, which contains, in addition to electrically highly conductive metal, a material which releases arcing gases under the action of an arc, that cool the arc.
  • the insertion depth of the pin is understood to be the length of the pin which, when the switch is closed and the pin is in its advanced end position, lies beyond the tips of the segments of the contact socket which are in contact with it inside the contact socket.
  • Components of such composite materials which release extinguishing gases are primarily plastics, in particular curable one- and two-component resins, as well as epoxy resins, phenolic resins, urea resins, melamine resins and silicone resins, and also thermoplastic plastics, insofar as they can absorb fillers; Examples include polyamides, polypropylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate and polyacetals.
  • the composite material has an electrical conductivity in that it contains in particular silver or copper or nickel or iron or alloys of these metals.
  • Such composite materials are manufactured by that the metal, which gives the composite its electrical conductivity, is introduced in powder form into the extinguishing gas-releasing material and combined with it to form a solid, the extinguishing gas-releasing material acting as a binder.
  • extinguishing gases emerge primarily from the end face of the contact pin, which faces the contact socket, and in generate a gas flow directed against the contact socket in the vicinity of the arc, the speed of which is higher than the speeds of the extinguishing gases which occur in known hard gas switches.
  • the higher flow rate of the extinguishing gases results in a stronger cooling of the arc and contributes to the rapid extinguishing of the arc.
  • the flow of the extinguishing gases can partially penetrate into the interior of the contact socket and leave it again through the slots through which the contact socket is divided into axially parallel segments in its front section.
  • the arrangement of the extinguishing gas-releasing composite material at the tip of the contact pin causes a directed flow of the extinguishing gases with the result that soot particles carried in this flow - unlike known hard gas switches - are not distributed over large areas of the switching device, but rather the directed flow of the Soot is predominantly deposited in a narrowly defined area, that is to say the soot can be limited locally and the negative consequences of the soot, in particular a reduction in the dielectric strength, can be controlled and are therefore less serious than in the prior art.
  • the extinguishing gases entering the contact socket with the directional flow can leave them again through the slots running parallel to the axis, so that the contact socket can be basically closed at its rear end.
  • Another, particularly advantageous way of forming a narrow, directed flow of the extinguishing gases is to surround the contact socket at least over part of its length with a sleeve which is immovably arranged with respect to the contact socket and which projects so far beyond its front end that it still encloses the pin in its retracted end position, in which the pin is separated from the contact socket, on its front section.
  • the sleeve is intended to surround the contact socket with a certain distance, so that between the contact socket and the sleeve there is an annular channel through which the extinguishing gases flow when the switch is opened.
  • This sleeve forces the flow in a predominantly axially parallel direction, at the same time limits the flow cross-section and thereby ensures a high flow velocity, which intensely blows the arc, thereby distributing the extinguishing gases along the arc column and thus being able to cool the arc intensively.
  • the forced control the flow of the extinguishing gases through such a sleeve is also particularly suitable for restricting the soot deposition to narrowly limited, uncritical areas.
  • the sleeve in its front section which still encloses the front section of the pin in its retracted end position, has an inside diameter which only slightly exceeds the outside diameter of the pin.
  • the end position of the pin in its retracted position is determined, for example, by a stop formed on the load switch, which, like the contact socket and, if applicable, the preferably provided sleeve, is arranged immovably in the load switch housing and limits the displacement path of the pin backwards.) it is achieved that the arc, which is drawn when the pin is separated from the contact socket between these two parts, is only located on that front section of the pin which contains the extinguishing gas-releasing material; in particular, the arc is based on the end face of the pin, which faces the contact socket; however, the arc cannot migrate back to an area of the pin in which the extinguishing gas-releasing material is no longer provided because the sleeve tightly encloses the pin.
  • the arc can therefore only burn on the composite material of the pin, which contains the arc-extinguishing material; on the other hand, it is ensured that this composite material is not exposed to a constant current load, because the insertion depth of the pin is greater is the length of the section over which the composite material with the extinguishing gas-releasing material extends.
  • Another way of intensifying the cooling of the arc column is to surround only the axially displaceable pin with a sleeve arranged in front of the contact socket, into which the tip of the contact pin withdraws when the switch is opened.
  • a sleeve acts like a nozzle, which guides the extinguishing gases along the arc column.
  • Such a narrowing of the cross-section can be achieved by axially slitting the sleeve from one end over part of its length, thereby forming a ring of resilient fingers which resiliently rest on the contact when the switch is closed, but on returning contact
  • a sleeve designed in this way could be attached to the contact socket immovably or to a limited extent on the contact pin.
  • the arc extinguishing behavior of a switch according to the invention can be further improved by producing the sleeve, which serves to guide the extinguishing gases, from a material or at least coating it on the inside with a material which also releases extinguishing gases under the influence of an arc, that is to say uses materials for the sleeve, as they are known from hard gas switches.
  • the sleeve initially causes a predominantly axial flow of the extinguishing gases.
  • the extinguishing effect of the flow can be influenced favorably by providing the sleeve in a section immediately in front of the front end of the contact bushing with axially parallel slots through which a more or less large part of the extinguishing gases escape radially. If you want to achieve that the extinguishing gases predominantly emerge radially, then you form the sleeve so that it not only tightly surrounds the contact pin, but also the contact socket, forcing the extinguishing gases to flow mainly through the axially parallel slots.
  • the flow of the extinguishing gases is less limited than in the case of an unslit sleeve, but the sleeve definitely prevents soot particles from being deposited on the areas of the contact socket and the contact pin covered by the sleeve.
  • the load switch shown in Figures 1 and 2 consists of a cylindrical pin 1 and a coaxially arranged, tulip-shaped contact socket 2, which run in their front section through axially extending slots 3 in axially parallel de segments 4 is divided.
  • the segments 4 have at their front ends radially inwardly projecting domes 5 which rest resiliently on the lateral surface of the pin 1 when the switching element (FIG. 1) is closed.
  • the pin 1 is divided into two sections 6 and 7.
  • the rear section 6 consists of a conventional, electrically highly conductive contact material, e.g. made of copper.
  • the front section 7 of the contact pin consists of a composite material which, in addition to an electrically highly conductive metal such as copper, also contains material which releases arcing gases under the action of an arc.
  • This front section 7 of the pin 1 is shorter than the insertion depth of the pin, that is to say that when the pin is fully inserted, as shown in FIG. 1, the crests 5 of the contact socket 2 do not hold the pin 1 in the area of the front section 7, but in Contact the area of section 6 that follows.
  • the load switch consists of a pin 1 as in the first embodiment and a contact socket 2, which is axially slotted as in the first embodiment, but is different from the first embodiment at the rear end is closed.
  • the contact socket 2 and the pin 1 are surrounded by a sleeve 10 which is divided into a cylindrical section 11 with a larger diameter, a cylindrical section 12 with a smaller diameter and a conical central region 13.
  • the sleeve 10 is arranged coaxially to the pin 1 and to the contact socket 2 and surrounds with its portion 11 the contact socket 2 at some distance, so that an annular channel 14 is formed between the two.
  • the narrower section 12 of the sleeve tightly encloses the pin 1.
  • the sleeve 10 is immovable with respect to the contact socket 2.
  • the tip of the pin 1 abuts against the rear end wall 2a of the contact socket 2, and the tips 5 of the contact socket 2 contact the pin 1 in this position in its region 6, which does not contain any substances which serve to extinguish the arc.
  • an arc can be drawn between the section 7 of the pin 1 and the contact socket 2, as in the first exemplary embodiment, which releases extinguishing gases from the pin 1, which are predominantly axially directed through the annular space 14 Flow away, which quickly extinguishes the arc.
  • the arc cannot strike back on the electrically highly conductive section 6 of the pin 1 because the sleeve 10 tightly surrounds the pin 1.
  • the pin 1 could assume an end position in the open state of the load switch, in which it is still surrounded by the sleeve 10, as shown in FIG. 4.
  • the separation distance between the contact socket 2 and the pin 1 can be increased and an end position selected for the pin 1, as shown in FIG. 5.
  • the conical region 13 of the sleeve 10 contains axially extending slots 15 through which the majority of the extinguishing gases can escape.
  • a small part of the extinguishing gases can still flow in the narrow annular space 14 between the sleeve 10 and the contact socket 2, a further part of the extinguishing gases penetrates into the contact socket 2 and leaves it through an axial bore 8 in its rear end wall 2a.
  • a separation distance between the pin 1 and the contact socket 2 of a similar size as in FIG.
  • All of the exemplary embodiments are distinguished by the fact that they enable rapid arc quenching and removal of the extinguishing gases and, as a result of a directed flow of the extinguishing gases, only lead to narrowly localized sooting.
  • the load switch shown in FIG. 8 differs from the load switch shown in FIGS. 6 and 7 in that the sleeve 10, which guides the extinguishing gases along the arc column, does not enclose the contact socket 2, but ends at a short distance in front of the contact socket 2.
  • the sleeve 10 is cylindrical and closely surrounds the pin 1; it can be axially slotted in its front section.
  • the load switch shown in Figures 9 and 10 is similar to that in Figures 3 to 5; it differs from that only in the design of the sleeve 10.
  • the sleeve 10 in its section lying in front of the contact socket 2 is subdivided into a ring of axially parallel fingers 10a which resiliently rest against the outer surface of the pin 1 when the switch is closed; when the pin 1 withdraws from the contact socket 2 and then from the sleeve 10 when the switch is opened, the fingers 10a spring radially inward (FIG. 10) and thereby narrow the flow cross section available to the quenching gases which are produced by the arc the front portion 7 of the contact pin 1 are released; the ring of fingers 10a takes on a shape similar to a venturi.
  • the ring of fingers 10a forms a funnel which faces the pin 1 and whose opening when the pin 1 is retracted is so wide that the pin 1 can be inserted into the ring of fingers 10a to close the switch, thereby holding the fingers 10a spreads.
  • FIGS. 11 and 12 uses, similarly to the example shown in FIGS. 9 and 10, a sleeve 10 for guiding the extinguishing gas flow, which has a ring of fingers 10a which resiliently rest against the pin 1 when the switch is closed, however, this sleeve 10 is not, as in the example in FIGS. 9 and 10, immovable with respect to the contact socket 2, but is arranged on the pin 1 in the manner that it is axially displaceable to a limited extent between two drivers 16 and 17 of the pin 1 and is carried by the pin 1 in the event of further displacements.
  • the sleeve 10 When the switch is closed, the sleeve 10 abuts with its fingers 10a on the front of the contact socket 2; when the switch is opened, when the pin 1 moves back out of the contact socket 2, it also moves back in the sleeve 10, the ring of fingers 10a in front of the pin 1 progressively narrowing until the pin 1 with its front driver 17 comes on strikes a collar surface 18 of the sleeve 10 and takes it back.
  • This embodiment is particularly suitable for load switches in which a large separation distance is made between the contact socket 2 and the pin 1; the entrainment of the sleeve 10 can ensure when opening the switch that the quenching gases emerging from the tip of the pin 1 are conducted to the arc with unchanged intensity even at a large separation distance.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Circuit Breakers (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)

Abstract

Der insbesondere zur Verwendung in Mittelspannungsschaltgeräten bestimmte Lastschalter enthält als kontaktgebende Teile einen in Richtung seiner Längsachse verschiebbaren Stift 1 sowie eine koaxial zu diesem Stift angeordnete Kontaktbuchse 2, die in ihrem mit dem Stift 1 Kontakt machenden vorderen Abschnitt durch axial verlaufende Schlitze 3 in achsparallele Segmente 4 unterteilt ist, welche an ihrer Spitze jeweils eine radial einwärts vorspringende Kuppe 5 aufweisen, mit welcher sie bei geschlossenem Schalter dem Stift 1 federnd anliegen. Bei einem solchen Schalter besteht der Stift 1 in einem vorderen, seine Spitze einschließenden Abschnitt 7, welcher kürzer ist als seine Einstecktiefe, aus einem Verbundwerkstoff, welcher neben elektrisch gut leitendem Metall ein unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzendes Material enthält. Vorzugsweise sind der Stift 1 und die Kontaktbuchse 2 noch von einer Hülse 10 umgeben, welche zu einer gerichteten Strömung der Löschgase beiträgt.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Lastschalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Werden in derartigen Schaltern die beiden kontaktgebenden Teile, nämlich der Stift und die Kontaktbuchse, unter Last voneinander getrennt, so wird in der Regel ein Lichtbogen gezogen, welcher der Löschung bedarf. Zur Löschung des Lichtbogens ist es bekannt, in unmittelbarer Nähe der Kontaktbuchse und des Kontaktstiftes aus Hartgasmaterial bestehende Teile vorzusehen, das sind Teile, die unter der Einwirkung des Lichtbogens vor allem Wasserstoff und ggfs. C02 und elektronegative Gase freisetzen, die den Lichtbogen zum Erlöschen bringen. Solche Schalter sind als "Hartgasschalter" bekannt. Ihr Lichtbogenlöschvermögen ist jedoch in manchen Lastbereichen unbefriedigend, so zum Beispiel beim Unterbrechen von kleinen Strömen, welches beim Abschalten leerlaufender Transformatoren erfolgt, oder beim Unterbrechen von Strömen in der Größenordnung von 1 kA.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere zur Verwendung in Mittelspannungsschaltgeräten verwendbaren Lastschalter zu schaffen, welcher sich durch gute lichtbogenlöschende Eigenschaften auszeichnet. Diese Aufgabe wird bei einem Lastschalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, daß der Stift in einem vorderen, seine Spitze einschließenden Abschnitt, welcher kürzer ist als die Einstecktiefe des Stiftes, aus einem Verbundwerkstoff besteht oder mit ihm beschichtet ist, welcher neben elektrisch gut leitendem Metall ein Material enthält, welches unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzt, die den Lichtbogen kühlen.
  • Unter der Einstecktiefe des Stiftes wird jene Länge des Stiftes verstanden, welche bei geschlossenem Schalter, wenn sich der Stift in seiner vorgeschobenen Endstellung befindet, jenseits der ihm anliegenden Kuppen der Segmente der Kontaktbuchse im Innern der Kontaktbuchse liegt.
  • Als Löschgase freisetzende Bestandteile derartiger Verbundwerkstoffe kommen in erster Linie Kunststoffe in Betracht, vor allem härtbare Ein- und Zweikomponenten-Harze sowie Epoxidharte, Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze und Silikonharze, ferner thermoplastische Kunststoffe, soweit sie Füllstoffe aufnehmen können; Beispiele dafür sind Polyamide, Polypropylen, Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat und Polyazetale.
  • Ferner besitzt der Verbundwerkstoff dadurch eine elektrische Leitfähigkeit, daß er insbesondere Silber oder Kupfer oder Nickel oder Eisen oder Legierungen dieser Metalle enthält.
  • Hergestellt werden solche Verbundwerkstoffe dadurch, daß man das Metall, welches dem Verbundwerkstoff seine elektrische Leitfähigkeit verleiht, in Pulverform in das Löschgase abgebende Material einbringt und mit diesem zu einem Festkörper vereinigt, wobei das Löschgase abgebende Material als Bindemittel wirkt.
  • Durch die Verwendung eines solchen Verbundwerkstoffes, welcher unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzt, an der Spitze des Kontaktstiftes wird erreicht, daß beim Öffnen des Schalters, wenn der Stift aus der Kontaktbuchse herausgezogen wird, der zwischen dem Stift und der Kontaktbuchse brennende Lichtbogen von Beginn an unmittelbar auf diesem Verbundwerkstoff fusst. Die Folge davon ist, daß die Löschgase unmittelbar dort erzeugt werden, wo sie benötigt werden, und sie können deshalb zu einer sehr raschen Löschung des Lichtbogens führen. Die Löschgase enthalten als für die Lichtbogenlöschung wesentlichen Bestandteil Wasserstoff, welcher wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und wegen seiner hohen Diffusionsgeschwindigkeit sowohl den Lichtbogen während dessen Brenndauer wirksam kühlt als auch während des Nulldurchgangs der Stromstärke (bei Wechselstrom) das vom Lichtbogen erzeugte Plasma weiter kühlt und die Wiederzündung des Lichtbogens verhindert. Neben Wasserstoff können auch noch Kohlendioxid und Sauerstoff zur Lichtbogenkühlung beitragen.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Löschgase in erster Linie aus der Endfläche des Kontaktstiftes austreten, welche der Kontaktbuchse zugewandt ist, und in der Nachbarschaft des Lichtbogens eine gegen die Kontaktbuchse gerichtete Gasströmung erzeugen, deren Geschwindigkeit höher ist als die bei bekannten Hartgasschaltern auftretenden Geschwindigkeiten der Löschgase. Die höhere Strömungsgeschwindigkeit der Löschgase bewirkt eine stärkere Kühlung des Lichtbogens und trägt zum raschen Erlöschen des Lichtbogens bei.
  • Die Strömung der Löschgase kann teilweise in das Innere der Kontaktbuchse eindringen und sie durch die Schlitze, durch welche die Kontaktbuchse in ihrem vorderen Abschnitt in achsparallele Segmente unterteilt ist, wieder verlassen.
  • Die Anordnung des Löschgas freisetzenden Verbundwerkstoffes an der Spitze des Kontaktstiftes bewirkt eine gerichtete Strömung der Löschgase mit der Folge, daß in dieser Strömung mitgeführte Rußpartikel - anders als bei bekannten Hartgasschaltern - nicht in weiten Bereichen des Schaltgerätes verteilt werden, vielmehr wird durch die gerichtete Strömung der Ruß überwiegend in einem eng begrenzten Bereich abgelagert, das heißt, die Verrußung ist lokal begrenzbar und die negativen Folgen der Verrußung, insbesondere eine Verminderung der Spannungsfestigkeit, sind beherrschbar und deshalb weniger gravierend als beim Stand der Technik.
  • Die mit der gerichteten Strömung in die Kontaktbuchse eindringenden Löschgase können diese durch die achsparallel darin verlaufenden Schlitze wieder verlassen, so daß die Kontaktbuchse an ihrem hinteren Ende grundsätzlich geschlossen ausgebildet sein kann. Zum Ausbilden einer gerichteten, insbesondere parallel zur Kontaktbuchse verlaufenden Strömung der Löschgase kann es jedoch von Vorteil sein, die Kontaktbuchse mit einer durchgehenden Axialbohrung zu versehen, so daß die Kontaktbuchse von den Löschgasen axial durchströmt werden kann. Durch eine solche Maßnahme wird auch eine rasche Abführung der Löschgase aus dem Schalter begünstigt.
  • Eine andere, besonders vorteilhafte Möglichkeit zur Ausbildung einer eng begrenzten, gerichteten Strömung der Löschgase besteht darin, daß man die Kontaktbuchse wenigstens auf einem Teil ihrer Länge mit einer Hülse umgibt, welche in Bezug auf die Kontaktbuchse unverschieblich angeordnet ist und über deren vorderes Ende soweit vorsteht, daß sie den Stift auch in dessen zurückgezogener Endstellung, in welcher der Stift von der Kontaktbuchse getrennt ist, auf seinem vorderen Abschnitt noch umschließt. Die Hülse soll dabei die Kontaktbuchse mit einem gewissen Abstand umgeben, sodaß zwischen der Kontaktbuchse und der Hülse ein Ringkanal besteht, durch welchen die Löschgase beim öffnen des Schalters strömen. Diese Hülse zwingt die Strömung in eine überwiegend achsparallele Richtung, begrenzt zugleich den Strömungsquerschnitt und sichert dadurch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, die den Lichtbogen intensiv bebläst, dabei die löschaktiven Gase entlang der Lichtbogensäule verteilt und so in der Lage ist, den Lichtbogen intensiv zu kühlen. Die Zwangsführung der Strömung der Löschgase durch eine solche Hülse eignet sich ferner besonders dazu, die Rußablagerung auf eng begrenzte, unkritische Bereiche zu beschränken. Vorzugsweise besitzt die Hülse in ihrem vorderen Abschnitt, welcher den vorderen Abschnitt des Stiftes in dessen zurückgezogener Endstellung noch umschließt, einen Innendurchmesser, welcher den Außendurchmesser des Stiftes nur geringfügig übersteigt. (Die Endstellung des Stiftes in seiner zurückgezogenen Position ist z.B. durch einen am Lastschalter ausgebildeten Anschlag bestimmt, der ebenso wie die Kontaktbuchse und ggfs. die bevorzugt vorgesehene Hülse unverschieblich im Lastschaltergehäuse angeordnet ist und den Verschiebeweg des Stiftes nach rückwärts begrenzt.) Durch eine derartige Ausbildung wird erreicht, daß der Lichtbogen, welcher beim Trennen des Stiftes von der Kontaktbuchse zwischen diesen beiden Teilen gezogen wird, nur auf jenem vorderen Abschnitt des Stiftes fusst, welcher das Löschgase freisetzende Material enthält; insbesondere fusst der Lichtbogen an der Endfläche des Stiftes, welcher der Kontaktbuchse zugewandt ist; der Lichtbogen kann jedoch nicht zurückwandern bis auf einen Bereich des Stiftes, in welchem das Löschgas freisetzende Material nicht mehr vorgesehen ist, weil die Hülse den Stift eng umschließt. Beim öffnen des Schalters kann der Lichtbogen somit nur auf dem Verbundwerkstoff des Stiftes brennen, welcher das lichtbogenlöschende Material enthält; andererseits ist dafür gesorgt, daß dieser Verbundwerkstoff keiner Dauerstrombelastung ausgesetzt wird, weil die Einstecktiefe des Stiftes größer ist als die Länge des Abschnittes, über den sich der Verbundwerkstoff mit dem Löschgase freisetzenden Material erstreckt.
  • Eine weitere Möglichkeit, die Kühlung der Lichtbogensäule zu intensivieren, besteht darin nur den achsial verschiebbaren Stift mit einer vor der Kontaktbuchse angeordneten Hülse zu umgeben, in welche sich beim öffnen des Schalters die Spitze des Kontaktstiftes zurückzieht. Eine solche Hülse wirkt wie eine Düse, welche die Löschgase entlang der Lichtbogensäule führt.
  • Ob man nun lediglich den Stift wenigstens in seiner vorgeschobenen Stellung (Schalter geschlossen) oder zugleich auch die Kontaktbuchse mit einer Hülse zur Führung der Löschgase umgibt, in beiden Fällen ist es zur Intensivierung der Kühlung der Lichtbogensäule von Vorteil, die Hülse so auszubilden, daß sich ihr Querschnit im Bereich zwischen der Kontaktbuchse und dem aus der Kontaktbuchse zurückgezogenen Stift selbsttätig verengt, wodurch an dieser Stelle wie bei einer Venturi-Düse die Strömungsgeschwindigkeit der Löschgase erhöht wird. Eine solche Querschnittsverengung kann man dadurch erreichen, daß man die Hülse ausge-" hend von ihrem einen Ende auf einem Teil ihrer Länge achsial schlitzt und dadurch einen Kranz von federnden Fingern bildet, welche dem Kontakt bei geschlossenem Schalter federnd anliegen, bei zurückweichendem Kontakt aber von diesem heruntergleiten und radial einwärts federn. Eine derart ausgebildete Hülse könnte man unverschieblich an der Kontaktbuchse oder begrenzt verschieblich an dem Kontaktstift anbringen.
  • Das Lichtbogenlöschverhalten eines erfindungsgemäßen Schalters kann dadurch weiter verbessert werden, daß man die Hülse, welche der Führung der Löschgase dient, aus einem Werkstoff herstellt oder wenigstens innen mit einem solchen Werkstoff beschichtet, der ebenfalls unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzt, also für die Hülse Materialien verwendet, wie sie aus Hartgasschaltern an sich bekannt sind.
  • Die Hülse bewirkt durch ihre Führung zunächst eine überwiegend axial verlaufende Strömung der Löschgase. Die Löschwirkung der Strömung kann dadurch günstig beeinflußt werden, daß man die Hülse in einem unmittelbar vor dem vorderen Ende der Kontaktbuchse liegenden Abschnitt mit achsparallel verlaufenden Schlitzen versieht, durch welche ein mehr oder weniger großer Teil der Löschgase radial austritt. Will man erreichen, daß die Löschgase überwiegend radial austreten, dann bildet man die Hülse so aus, dass sie nicht nur den Kontaktstift, sondern auch die Kontaktbuchse eng umschließt, wodurch die Löschgase gezwungen werden, überwiegend durch die achsparallel verlaufenden Schlitze hindurchzuströmen. Außerhalb der geschlitzten Hülse ist die Strömung der Löschgase weniger stark begrenzt wie bei ungeschlitzter Hülse, doch verhindert die Hülse auf jeden Fall, daß sich Rußpartikel auf den durch die Hülse abgedeckten Bereichen der Kontaktbuchse und des Kontaktstiftes niederschlagen.
  • Darüber hinaus kann man eine ähnlich eng begrenzte Ablagerung des Rußes wie bei ungeschlitzter Hülse auch bei Verwendung einer geschlitzten Hülse erreichen, wenn man die geschlitzte Hülse mit einer weiteren, ungeschlitzten Hülse mit Abstand umgibt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
    • Figur 1 zeigt im Längsschnitt einen geschlossenen Lastschalter,
    • Figur 2 zeigt denselben Lastschalter geöffnet,
    • Figur 3 zeigt einen anderen Lastschalter mit einer Hülse zur Führung der Löschgase, und zwar in geschlossenem Zustand, im Längsschnitt,
    • Figur 4 zeigt den Lastschalter aus Figur 3 in einer geöffneten Stellung, jedoch bei nur teilweise zurückgezogenem Schaltstift,
    • Figur 5 zeigt den Lastschalter aus Figur 3, jedoch mit vollständig zurückgezogenem Schaltstift,
    • Figur 6 zeigt einen dritten Lastschalter im Längsschnitt in geschlossenem Zustand,
    • Figur 7 zeigt den Lastschalter aus Figur 6 in geöffnetem Zustand,
    • Figur E zeigt einen vierten Lastschalter im Längsschnitt in geöffnetem Zustand,
    • Figur 9 zeigt einen fünften Lastschalter im Längsschnitt in geschlossenem Zustand,
    • Figur 1C zeigt den Lastschalter aus Figur 9 in geöffnetem Zustand,
    • Figur 11 zeigt einen sechsten Lastschalter im Längsschnitt in geschlossenem Zustand, und
    • Figur 12 zeigt den Lastschalter aus Fig. 11 in geöffnetem Zustand.
  • In den verschiedenen Ausführungsbeispielen wurden gleiche oder einander entsprechende Teile mit über- einstimrenden Bezugszahlen bezeichnet.
  • Der in Figur 1 und 2 dargestellte Lastschalter besteht aus einem zylindrischen Stift 1 und aus einer koaxial dazu angeordneten, tulpenförmigen Kontaktbuchse 2, welche in ihrem vorderen Abschnitt durch axial verlaufende Schlitze 3 in achsparallel verlaufende Segmente 4 unterteilt ist. Die Segmente 4 besitzen an ihren vorderen Enden radial einwärts vorspringende Kuppen 5, welche bei geschlossenem Schaltelement (Fig. 1) der Mantelfläche des Stiftes 1 federnd anliegen.
  • Der Stift 1 ist in zwei Abschnitte 6 und 7 unterteilt. Der hintere Abschnitt 6 besteht aus einem üblichen, elektrisch gut leitenden Kontaktwerkstoff, z.B. aus Kupfer. Der vordere Abschnitt 7 des Kontaktstiftes besteht hingegen aus einem Verbundwerkstoff, welcher neben einem elektrisch gut leitenden Metall wie Kupfer auch Material enthält, welches unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzt.
  • Dieser vordere Abschnitt 7 des Stiftes 1 ist kürzer als die Einstecktiefe des Stiftes, das heißt, daß bei vollständig eingeschobenem Stift - wie in Fig. 1 dargestellt - die Kuppen 5 der Kontaktbuchse 2 den Stift 1 nicht im Bereich des vorderen Abschnittes 7, sondern im Bereich des daran anschließenden Abschnittes 6 kontaktieren.
  • Auf diese Weise wird der Verbundwerkstoff im Abschnitt 7 des Stiftes keiner Dauerstrombelastung ausgesetzt. Zum öffnen des Lastschalters wird der Stift 1 aus der Buchse 2 herausgezogen. Dabei kann zwischen dem Stift 1 und der Buchse 2 ein Lichtbogen gezogen werden, welcher auf dem Abschnitt 7, insbesondere auf dessen Endfläche 7a fusst, weil der Abschnitt 7a des Stiftes infolge seiner gewählten Zusammensetzung den elektrischen Strom zu leiten vermag. Im Umgebungsbereich der Lichtbogenfußpunkte werden aus dem Verbundwerkstoff im Abschnitt 7 des Stiftes Löschgase freigesetzt, welche der Kontaktbuchse 2 zuströmen, zum Teil an deren Außenseite entlangströmen, zum Teil in das Innere der Kontaktbuchse 2 eindringen und diese durch die Schlitze 3 sowie durch eine achsiale Bohrung 8 in der Endwand 2a der Buchse verlassen.
  • Bei dem in den Figuren 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Lastschalter aus einem Stift 1 wie im ersten Ausführungsbeispiel sowie aus einer Kontaktbuchse 2, welche wie im ersten Ausführungsbeispiel axial geschlitzt ist, abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel am hinteren Ende jedoch geschlcesen ist. Die Kontaktbuchse 2 und der Stift 1 sind umgeben von einer Hülse 10, welche sich in einen zylindrischen Abschnitt 11 mit größerem Durchmesser, in einen zylindrischen Abschnitt 12 mit kleinerem Durchmesser und in einen konischen Mittelbereich 13 unterteilt. Die Hülse 10 ist koaxial zum Stift 1 und zur Kontaktbuchse 2 angeordnet und umgibt mit ihrem Abschnitt 11 die Kontaktbuchse 2 in einigem Abstand, sodaß zwischen den beiden ein Ringkanal 14 gebildet ist. Der engere Abschnitt 12 der Hülse umschließt den Stift 1 eng. Die Hülse 10 ist in Bezug auf die Kontaktbuchse 2 unverschieblich.
  • Bei geschlossenem Lastschalter stößt der Stift 1 mit seiner Spitze an der hinteren Endwand 2a der Kontaktbuchse 2 an, und die Kuppen 5 der Kontaktbuchse 2 kontaktieren den Stift 1 in dieser Stellung in seinem Bereich 6, welcher keine der Lichtbogenlöschung dienenden Substanzen enthält. Wenn man den Stift 1 aus der Kontaktbuchse 2 zurückzieht, dann kann wie im ersten Ausführungsbeispiel zwischen dem Abschnitt 7 des Stiftes 1 und der Kontaktbuchse 2 ein Lichtbogen gezogen werden, welcher aus dem Stift 1 Löschgase freisetzt, die durch den Ringraum 14 mit überwiegend axial gerichteter Strömung abfließen, wodurch der Lichtbogen rasch gelöscht wird. Ein Zurückschlagen des Lichtbogens auf den elektrisch gut leitenden Abschnitt 6 des Stiftes 1 ist nicht möglich, weil die Hülse 10 den Stift 1 eng umschließt.
  • Grundsätzlich könnte bei dem in Figur 3 dargestellten Lastschalter der Stift 1 in geöffnetem Zustand des Lastschalters eine Endstellung einnehmen, in welcher er noch von der Hülse 10 umgeben ist, wie Figur 4 es zeigt. Zur Erzielung einer größeren Spannungsfestigkeit kann man jedoch den Trennabstand zwischen der Kontaktbuchse 2 und dem Stift 1 erhöhen und für den Stift 1 eine Endstellung wählen, wie sie in Figur 5 dargestellt ist.
  • Das in Figur 6 und 7 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel darin, daß die Hülse 10 nicht nur den Stift 1 sondern auch die Kontaktbuchse 2-eng umschließt.
  • Statt dessen enthält der konische Bereich 13 der Hülse 10 axial verlaufende Schlitze 15, durch welche der überwiegende Teil der Löschgase austreten kann. Ein kleiner Teil der Löschgase kann nach wie vor im eng gewordenen Ringraum 14 zwischen der Hülse 10 und der Kontaktbuchse 2 strömen, ein weiterer Teil der Löschgase dringt in die Kontaktbuchse 2 ein und verläßt diese durch eine axiale Bohrung 8 in ihrer hinteren Endwand 2a. Natürlich kann man auch im dritten Ausführungsbeispiel einen ähnlich großen Trennabstand zwischen dem Stift 1 und der Kontaktbuchse 2 vorsehen wie in Figur 5.
  • Alle Ausführungsbeispiele zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine rasche Lichtbogenlöschung und Abfuhr der Löschgase ermöglichen und infolge einer gerichteten Strömung der Löschgase nur zu eng begrenzten, lokalen Verrußungen führen.
  • Der in Figur 8 dargestellte Lastschalter unterscheidet sich von dem in Figur 6 und 7 dargestellten Lastschalter darin, daß die Hülse 10, welche die Löschgase an der Lichtbogensäule entlangführt, die Kontaktbuchse 2 nicht umschließt, sondern in geringem Abstand vor der Kontaktbuchse 2 endet. Die Hülse 10 ist zylindrisch ausgebildet und umgibt den Stift 1 eng; sie kann in ihrem vorderen Abschnitt achsial geschlitzt sein.
  • Der in Figur 9 und 10 dargestellte Lastschalter ähnelt jenem in den Figuren 3 bis 5; er unterscheidet sich von jenem nur in der Ausbildung der Hülse 10. Die Hülse 10 ist in ihrem vor der Kontaktbuchse 2 liegenden Abschnitt in einen Kranz achsparalleler Finger 10a unterteilt, welche bei geschlossenem Schalter der Mantelfläche des Stiftes 1 federnd anliegen; wenn sich der Stift 1 beim Öffnen des Schalters aus der Kontaktbuchse 2 und anschließend aus der Hülse 10 zurückzieht, federn die Finger 10a radial einwärts (Fig. 10) und verengen dadurch den Strömungsquerschnitt, der den Löschgasen zur Verfügung steht, welche durch den Lichtbogen aus dem vorderen Abschnitt 7 des Kontaktstiftes 1 freigesetzt werden; der Kranz der Finger 10a nimmt eine Gestalt ähnlich einer Venturi-Düse an. Auf.diese Weise erreicht man eine sehr intensive Beblasung des Lichtbogens. Der Kranz der Finger 10a bildet einen Trichter, welcher dem Stift 1 zugewandt ist, und dessen Öffnung bei zurückgezogenem Stift 1 noch so weit ist, daß der Stift 1 zum Schließen des Schalters in den Kranz der Finger 10a eingeschoben werden kann, wobei er die Finger 10a spreizt.
  • Das in Figur 11 und 12 dargestellte Ausführungsbeispiel verwendet ähnlich wie das in den Figuren 9 und 10 dargestellte Beispiel eine Hülse 10 für die Führung der Löschgasströmung, welche einen Kranz von Fingern 10a aufweist, die dem Stift 1 federnd anliegen, wenn der Schalter geschlossen ist,jedoch ist diese Hülse 10 nicht wie im Beispiel der Figur 9 und 10 in Bezug auf die Kontaktbuchse 2 unverschieblich, sondern ist auf dem Stift 1 angeordnet, und zwar in der Weise, daß sie zwischen zwei Mitnehmern 16 und 17 des Stiftes 1 begrenzt achsial verschieblich ist und bei darüberhinausgehenden Verschiebungen des Stiftes 1 von diesem mitgenommen wird. Bei geschlossenem Schalter stößt die Hülse 10 mit ihren Fingern 10a an der Vorderseite der Kontaktbuchse 2 an; beim öffnen des Schalters, wenn sich der Stift 1 aus der Kontaktbuchse 2 zurückbewegt, bewegt er sich auch in der Hülse 10 zurück, wobei sich der Kranz der Finger 10a vor dem Stift 1 fortschreitend verengt, bis der Stift 1 mit seinem vorderen Mitnehmer 17 an einer Bundfläche 18 der Hülse 10 anschlägt und diese mit zurücknimmt.-Diese Ausführungsform eignet sich besonders für Lastschalter, in welchen zwischen der Kontaktbuchse 2 und dem Stift 1 ein großer Trennabstand hergestellt wird; die Mitnahme der Hülse 10 kann beim Öffnen des Schalters gewährleisten, daß die Löschgase, die aus der Spitze des Stifts 1 austreten, auch bei großem Trennabstand mit unveränderter Intensität zum Lichtbogen geleitet werden. Beim Schließen des Schalters, wenn der Stift 1 vorgeschoben wird, bewegt sich der Stift 1 unter Spreizung der Finger 10a durch die Hülse 10 hindurch in die Kontaktbuchse 2 hinein. Vorzugsweise verwendet man für die Hülse 10 in den Beispielen der Figur 9 bis 12 einen weich federnden Kunststoff, welcher selbst Löschgase freizusetzen in der Lage ist.

Claims (11)

1. Elektrischer Lastschalter, insbesondere zur Verwendung in Mittelspannungsschaltgeräten, welcher als kontaktgebende Teile einen in Richtung seiner Längsachse verschiebbaren Stift sowie eine koaxial zu diesem Stift angeordnete Kontaktbuchse aufweist, die in ihrem mit dem Stift Kontakt machenden vorderen Abschnitt durch axial verlaufende Schlitze in achsparallele Segmente unterteilt ist, welche an ihrer Spitze jeweils eine radial einwärts vorspringende Kuppe aufweisen, mit welcher sie bei geschlossenem Schalter dem Stift federnd anliegen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (1) in einem vorderen, seine Spitze einschließenden Abschnitt (7), welcher kürzer ist als die Einstecktiefe des Stiftes (1), aus einem Verbundwerkstoff besteht oder mit ihm beschichtet ist, welcher neben elektrisch gut leitendem Metall ein Material enthält, welches unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzt, die den Lichtbogen kühlen.
2. Lastschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktbuchse (2) eine axial durchgehende Bohrung (8) aufweist.
3. Lastschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (1) mit einer vor der Kontaktbuchse (2) angeordneten Hülse (10) umgeben ist, in welche sich beim Öffnen des Schalters die Spitze des Stiftes (1) zurückzieht.
4. Lastschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Kontaktbuchse (2) wenigstens auf einem Teil ihrer Länge mit Abstand umgebende Hülse (10) vorgesehen ist, welche in Bezug auf die Kontaktbuchse (2) unverschieblich angeordnet ist und über deren vorderes Ende vorsteht.
5. Lastschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (10) vorgesehen ist, welche den Stift (1) wenigstens bei geschlossenem Schalter umgibt und an ihrem der Einstecköffnung der Kontaktbuchse (2) gegenüberliegenden Ende radial einwärts federnde, zur Anlage am Stift (1) bestimmte Finger (10a) aufweist, aus deren Eingriff sich der Stift (1) beim Öffnen des Schalters herausbewegt.
6. Lastschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) zwischen zwei Mitnehmern (16, 17) längsverschieblich auf dem Stift (1) angeordnet ist.
7. Lastschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) über das vordere Ende der Kontaktbuchse (2) so weit vorsteht, daß sie den Stift (1) auch in dessen zurückgezogener Endstellung (Schaltelement "offen") auf seinem vorderen Abschnitt (7) noch umschließt.
8. Lastschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) in ihrem vorderen Abschnitt (12), welcher den vorderen Abschnitt (7) des Stiftes (1) in dessen zurückgezogener Endstellung noch umschließt, einen den Durchmesser des Stiftes (1) nur geringfügig übersteigenden Innendurchmesser besitzt.
9. Lastschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) aus einem Werkstoff besteht oder wenigstens immer mit einem solchen Werkstoff beschichtet ist, der unter Lichtbogeneinwirkung Löschgase freisetzt.
10. Lastschalter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) in einem unmittelbar vor dem vorderen Ende der Kontaktbuchse (2) liegenden Abschnitt (13) achsparallel verlaufende Öffnungen, insbesondere Schlitze (15) aufweist.
11. Lastschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (10) die Kontaktbuchse (2) eng umschließt.
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