EP0610173A1 - Druckgasleistungsschalter mit antreibbarem kompressionskolben - Google Patents

Druckgasleistungsschalter mit antreibbarem kompressionskolben

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Publication number
EP0610173A1
EP0610173A1 EP91903269A EP91903269A EP0610173A1 EP 0610173 A1 EP0610173 A1 EP 0610173A1 EP 91903269 A EP91903269 A EP 91903269A EP 91903269 A EP91903269 A EP 91903269A EP 0610173 A1 EP0610173 A1 EP 0610173A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compression
piston
piston rod
hollow cylindrical
cylindrical body
Prior art date
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Ceased
Application number
EP91903269A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Lorenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0610173A1 publication Critical patent/EP0610173A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01H33/7007—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid wherein the flow is a function of the current being interrupted
    • 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
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/905—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the compression volume being formed by a movable cylinder and a semi-mobile piston

Definitions

  • the invention relates to a compressed gas circuit breaker with at least one fixed and one movable contact piece and with a compression device which consists of a drivable compression cylinder connected to the movable contact piece and a compression piston which can be driven counter to the compression cylinder during the opening movement and which has a compression space include, with a mechanical stop to limit the movement of the
  • Compression piston on its side facing away from the compression space, with a resetting device for pulling the piston rod of the compression piston against the stop and with a device for supporting the drive by the magnetic effect of the cut-off current.
  • a compressed gas circuit breaker with a mechanical compression device for the extinguishing gas with a drivable compression cylinder and a compression piston the extinguishing gas is compressed in the compression space and then used to blast the arc produced when the switch is turned off. It is known, in addition to the compression cylinder, to drive the compression piston in the opposite direction to the cylinder in order to achieve a high extinguishing gas pressure more quickly.
  • a compressed gas circuit breaker with a mechanical compression device for the extinguishing gas in which the compression piston can be driven in opposite directions to the movement of the compression cylinder and in which the compression piston is driven from ferromagnetic material by means of a coaxial to the compression piston Coil generated magnetic field is performed.
  • the winding density of the coil is variable along its longitudinal axis, so that a uniform gradient field is created.
  • the switch-off current flows through the coil and the Compression piston is driven by magnetic force.
  • a pressure gas circuit breaker is known from US Pat. No. 4,041,263, in which a force generated by the magnetic effect of the cut-off current acts on the piston of the compression device to support the drive.
  • the cut-off current is conducted over a conductor loop that runs partly through the movable piston, which necessitates the transmission of the current via sliding contacts.
  • the complicated current routing also requires the insulated coupling of the movable contact piece to the drive.
  • the object of the invention is to create a compressed gas circuit breaker in which the compression piston can be driven by the magnetic effect of the cut-off current, the design effort and space requirement of the drive device for the piston being kept as small as possible.
  • the contact pieces are at least partially surrounded by a hollow cylindrical body which at least partially consists of ferromagnetic material and whose ferromagnetic part has at least one continuous slot running parallel to the direction of the cut-off current,
  • That at least one rod partially made of ferromagnetic material is provided, which can be introduced in the longitudinal direction into one of the slots, and
  • Rods is firmly connected.
  • a pressurized gas circuit breaker use is made of the fact that the cut-off current which flows through a contact piece builds up a magnetic field in the vicinity which is concentric with this contact piece.
  • the hollow cylindrical the shaped body made of ferromagnetic material. It has at least one continuous slot running parallel to the direction of the switch-off current, at which the magnetic flux within the ferromagnetic material finds considerable resistance.
  • a ferromagnetic rod which is partly in a slot of the hollow cylindrical body, is drawn into the slot by the magnetic force.
  • the compression cylinders and the compression pistons are supported in the compression movement by the magnetic force effect of the switch-off current.
  • This construction has the advantage of being particularly space-saving, since the device for the magnetic drive support can be arranged in the extension of the compression cylinder and therefore no further parts have to be attached to the circumference of the compression cylinder.
  • the magnetic driving force is dependent on the cut-off current and has practically no effect at low cut-off currents, so that when a low current is cut off, it is not switched off by excessive blowing before the zero current.
  • the magnetic drive support enables the power of the compressed gas circuit breaker to be increased without the conventional drive of the switch having to be increased. With constant power, the conventional drive of the switch can be reduced to save costs.
  • the compression cylinder is firmly connected to the hollow cylindrical body and accordingly the compression piston with the rod (s).
  • the mass to be accelerated with the compression piston is kept low in order to achieve high acceleration of the compression piston.
  • the maximum extinguishing gas pressure is in this way at a very early time point reached during the switch-off movement.
  • the compression piston In order to ensure good guidance of the compression piston, it is equipped with a piston rod, which consists of ferromagnetic material in a part of its length.
  • the piston rod is guided in a slot of the hollow cylindrical body during the switch-off movement and can be inserted into the slot to such an extent that the ferromagnetic portion of the piston rod also enters the slot. Since the piston rod is constantly guided in the slot, no special precautions need to be taken to avoid an offset between the piston rod and the slot during the opening movement.
  • this guide also protects the piston movable in the compression cylinder against tilting. As soon as the ferromagnetic portion of the piston rod enters a slot in the hollow cylindrical body, the magnetic forces that pull this portion of the piston rod into the slot become effective.
  • the portion of the piston rod made of ferromagnetic material is arranged relative to the hollow cylindrical body in such a way that it only enters a slot in the hollow cylindrical body during the switching-off process after covering a certain distance. This ensures that no force acts on the compression piston when it is switched on.
  • this construction ensures that when the switch is switched on at the point in time at which a pre-arc ignites, the ferromagnetic partial region of a piston rod has already completely or almost completely left the slot in the hollow cylindrical body, so that the piston rod together with the Compression pistons cannot be taken along by the compression cylinder during the switch-on movement.
  • the mass of the compression piston due to its inertia, means that even in the event of a residual overlap of a ferromagnetic portion of a piston rod with one of the slots at the time a preheating arc is ignited, the piston rod is not taken along and can be pulled back to the mechanical stop by a return spring.
  • the compression cylinder can also be advantageous to connect the compression cylinder to ferromagnetic rods, some of which enter slots of a hollow cylindrical body made of ferromagnetic material connected to the compression piston.
  • the mass of a hollow cylindrical body made of partially ferromagnetic material is greater than the mass of partially ferromagnetic rods that enter slots in the body, such a construction increases the mass to be accelerated with the compression piston, making it difficult to carry the compression piston during the switch-on movement.
  • the resetting device for the compression piston advantageously consists of a spring, the strength of which is selected so that on the one hand it retracts the piston rod securely to the stop in the switched-on state, but on the other hand does not hinder the movement of the compression piston during the switching-off movement.
  • a particularly simple construction of the hollow cylindrical body is obtained if it consists of two half hollow cylinders made of ferromagnetic material with two slits formed between them and a supporting body made of nonferromagnetic material supporting the half hollow cylinders.
  • This construction ensures that the magnetic flux between the two half hollow cylinders is interrupted by the slots formed between them and that no magnetic connection between the half hollow cylinders is formed via the support body.
  • the two half hollow cylinders can, for example, be attached to the outer surface of a hollow cylinder made of plastic.
  • Half hollow cylinders are also to be understood as those parts which cannot necessarily be put together to form a full circular hollow cylinder, but rather leave the slots mentioned between them when they are put together.
  • FIG. 5 the compressed gas circuit breaker from FIGS. 1 to 4 in the cross section VV indicated in FIG. 1
  • FIGS. 6 to 9 a part of a further compressed gas capacity ⁇ switch in longitudinal section in four different phases during the opening movement
  • Figure 10 the compressed gas circuit breaker
  • the high-voltage compressed gas circuit breaker has two hollow, nozzle-shaped contact pieces 1, 2 lying coaxially opposite one another.
  • the two fixed contact pieces 1, 2 are surrounded by the compression cylinder 3, which is firmly connected to a movable contact piece 4.
  • the compression cylinder 3 is connected via a drive rod 5 to a conventional drive device, not shown.
  • the compression piston 6 provided with a piston rod 7, 9 is designed to be movable in the longitudinal direction of the piston rod 7, 9.
  • the piston 6 lies sealingly against the walls of the compression cylinder 3 and encloses the compression chamber 8 with it.
  • the piston rod 7, 9 consists of a partial area 9 of its length made of ferromagnetic material.
  • the end of the piston rod 7, 9 facing away from the compression space 8 lies against a mechanical stop 10 which limits the movement of the piston.
  • the spring 11 Between the stop 10 and the piston rod 7, 9 is the spring 11, by means of which the piston rod 7, 9 is pulled against the stop 10.
  • the movable contact piece 4 bridges the two fixed contact pieces 1, 2 electrically conductive.
  • the drive pulls the compression cylinder 3 via the drive rod 5 and with it the movable contact piece 4 via the piston 6 in such a way that the compression space 8 is reduced and the movable contact piece 4 runs off the fixed contact piece 1.
  • the piston 6 is pressed by the extinguishing gas pressure in the compression chamber 8 in the direction of the stop 10, which limits the movement of the piston 6 via the piston rod 7, 9.
  • Compression cylinder 3 a hollow cylindrical body 12 is attached.
  • This consists of a hollow cylinder 13 made of plastic concentrically surrounding the fixed contact piece 2 and of two half hollow cylinders 14, 15 made of ferromagnetic material, in particular iron, which are fastened to the outer surface of the hollow cylinder 13 made of plastic such that they are between them include two continuous slots 16, 17. These slots 16, 17 serve as passage openings for one piston rod 7, 9 each.
  • a magnetic field which is concentric with the contact piece 2 is generated in the two half hollow cylinders 14, 15 made of ferromagnetic material as long as the switch-off current flows through the fixed contact piece 2. Since the magnetic connection between the two half hollow cylinders 14, 15 is interrupted by the slots 16, 17, the ferromagnetic partial area 9 of the piston rod 7, 9 becomes magnetic after it enters one of the slots 16, 17 Force pulled into the slot.
  • guide elements made of non-ferromagnetic material are provided, for example non-ferromagnetic rolling elements which engage in the side surfaces of the half hollow cylinder 14, 15 embedded are which limit the slots 16, 17. Through these rolling elements, each piston rod 7, 9 is guided in a slot 16, 17 without contact.
  • the ferromagnetic region 9 of the piston rod 7, 9 is arranged in such a way that it is already largely outside the slot 16 of the hollow cylindrical body 12 during a switch-on movement at the time when the first pre-arc ignites.
  • the short period in which a magnetic force acts on the piston rod 7, 9 is not sufficient to overcome the inertia of the piston 6 and the restoring force of the spring 11 to such an extent that the piston 6 mitge ⁇ by the driven compression cylinder 3 is taken.
  • FIGS. 6 to 10 A further exemplary embodiment of the invention is shown in FIGS. 6 to 10. The same parts are the same Reference numerals as in the other figures.
  • the arrangement of the fixed contact pieces 1, 2 and the movable contact piece 4 with the compression cylinder 3 surrounding them corresponds to the exemplary embodiment described above.
  • the embodiments differ only in the arrangement of the hollow cylindrical body 12 and the structure of the piston rod 7, 9.
  • the piston rod 7, 9 extends to both sides of the
  • Piston 6 The ferromagnetic region 9 of the piston rod 7, 9 lies on the side of the piston 6 facing the compression space 8.
  • the hollow cylindrical body 12 is arranged within the compression space and fastened to the movable contact piece 4 by means of struts 18, 19. This will make the
  • the ferromagnetic region 9 of the piston rod 7, 9 only enters the slot 16 of the hollow cylindrical body 12 when the movable contact piece 4 has run off the fixed contact piece 1. This arrangement ensures that when the switch is switched on, the ferromagnetic region 9 of the piston rod 7, 9 leaves the slot 16 in the hollow cylindrical body 12 early enough not to be carried along by the movement of the compression cylinder 3.
  • the magnetic drive support takes place in the slot 16 from the time the ferromagnetic region 9 of the piston rod 7, 9 enters. If the switch-off current is sufficiently large, the piston 6 is accelerated in the opposite direction to the compression cylinder 3, as a result of which the maximum extinguishing gas pressure is reached earlier than without the additional drive of the piston 6. In the further course of the compression movement, blow the arc with the compressed quenching gas and move the compression piston 6 with the compression cylinder 3 until it hits the stop 10 triggers. In this position the switch has reached its end position.

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Description

Druckgasleistungsschalter mit antreibbarem Kompressionskolben
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasleistungsschalter mit mindestens einem feststehenden und einem beweglichen Kon- taktstück und mit einer Kompressionsvorrichtung, die aus einem mit dem beweglichen Kontaktstück verbundenen, antreibbaren Kompressionszylinder und einem während der Ausschaltbewegung gegenläufig zum Kompressionszylinder antreibbaren Kompressions¬ kolben besteht, die einen Kompressionsraum einschließen, mit einem mechanischen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des
Kompressionskolbens auf dessen dem Kompressionsraum abgewandter Seite, mit einer Rückstelleinrichtung zum Heranziehen der Kolbenstange des Kompressionskolbens an den Anschlag und mit einer Vorrichtung zur Unterstützung des Antriebes durch die magnetische Wirkung des Abschaltstromes.
In einem Druckgasleistungsschalter mit einer mechanischen Kom¬ pressionsvorrichtung für das Löschgas mit einem antreibbaren Kompressionszylinder und einem Kompressionskolben wird in dem Kompressionsraum das Löschgas komprimiert und danach zur Bebla- sung des beim Ausschalten des Schalters entstehenden Lichtbo¬ gens verwendet. Es ist bekannt, zum schnelleren Erreichen eines hohen Löschgasdrucks zusätzlich zu dem Kompressionszylinder auch den Kompressionskolben gegenläufig zum Zylinder anzutreiben.
Aus der DE-PS 31 41 324 ist ein Druckgasleistungsschalter mit einer mechanischen Kompressionseinrichtung für das Löschgas bekannt, bei dem der Kompressionskolben gegenläufig zur Bewe- gung des Kompressionszylinders antreibbar ist und bei dem der Antrieb des Kompressionskolbens aus ferromagnetischem Material durch ein mittels einer zum Kompressionskolben koaxialen Spule erzeugtes Magnetfeld geleistet wird. Die Wicklungsdichte der Spule ist entlang ihrer Längsachse veränderlich, so daß ein gleichmäßiges Gradientenfeld entsteht. Während der Abschaltbe¬ wegung wird die Spule vom Abschaltstrom durchflössen und der Kompressionskolben wird durch magnetische Kraftwirkung ange¬ trieben. Aus der US-Patentschrift 4 041 263 ist ein Druckgas¬ leistungsschalter bekannt, bei dem auf den Kolben der Kom¬ pressionseinrichtung eine durch die magnetische Wirkung des Abschaltstromes erzeugte Kraft zur Unterstützung des Antriebes wirkt. Der Abschaltstrom wird dort zu diesem Zweck über eine zum Teil durch den beweglichen Kolben verlaufende Leiterschleife geführt, was die Übertragung des Stromes über Gleitkontakte notwendig macht. Die komplizierte Stromführung erfordert außer- dem die isolierte Ankopplung des beweglichen Kontaktstückes an den Antrieb.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Druckgasleistungsschalter zu schaffen, bei dem der Kompressions- kolben durch die magnetische Wirkung des Abschaltstromes an¬ treibbar ist, wobei der konstruktive Aufwand und Platzbedarf der Antriebseinrichtung für den Kolben möglichst klein gehalten werden soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
- daß die Kontaktstücke wenigstens zum Teil von einem hohlzylin- derförmigen Körper umgeben sind, der wenigstens zum Teil aus ferromagnetischem Material besteht und dessen ferromagneti- scher Teil wenigstens einen parallel zur Richtung des Abschaltstromes verlaufenden, durchgehenden Schlitz aufweist,
- daß wenigstens ein zum Teil aus ferromagnetischem Material bestehender Stab vorgesehen ist, der in Längsrichtung in einen der Schlitze einbringbar ist, und
- daß eines der beiden Teile der Kompressionsvorrichtung mit dem hohlzylinderför igen Körper, das andere Teil mit dem/den
Stäben fest verbunden ist.
Bei einem erfindungsgemäßen Druckgasleistungsschalter wird ausgenutzt, daß der Abschaltstrom, der durch ein Kontaktstück fließt, ein zu diesem Kontaktstück konzentrisches Magnetfeld in der Umngebung aufbaut. In diesem Magnetfeld ist der hohlzylin- derförmige Körper aus ferromagnetischem Material angeordnet. Er weist wenigstens einen, parallel zur Richtung des Abschaltstro¬ mes verlaufenden, durchgehenden Schlitz auf, an dem der magne¬ tische Fluß innerhalb des ferromagnetischen Materials einen erheblichen Widerstand findet. Ein ferromagnetischer Stab, der sich zu einem Teil in einem Schlitz des hohlzylinderförmigen Körpers befindet, wird durch die magnetische Kraft in den Schlitz hineingezogen. Da eines der beiden Teile der Kompres¬ sionsvorrichtung mit dem hohlzylinderfömrigen Körper, das andere mit dem/den Stäben fest verbunden ist, werden durch die magnetische Kraftwirkung des Abschaltstromes der Kompressions¬ zylinder und der Kompressionskolben in der Kompressionsbeweguπg unterstützt. Diese Konstruktion hat den Vorteil, besonders platzsparend zu sein, da die Einrichtung für die magnetische Antriebsunterstützung in der Verlängerung des Kompressions¬ zylinders angeordnet werden kann und somit keine weiteren Teile am Umfang des Kompressionszylinders befestigt werden müssen. Die magnetische Antriebskraft ist abhängig vom Abschaltstrom und wirkt sich bei niedrigen Abschaltströmen praktisch nicht aus, so daß bei Abschalten eines niedrigen Stromes dieser nicht durch zu starke Beblasung vor dem Stromnulldurchgang abgeschal¬ tet wird. Durch die magnetische Antriebsunterstützung kann die Leistung des Druckgasleistungsschalters erhöht werden, ohne daß der konventionelle Antrieb des Schalters vergrößert werden muß. Bei gleichbleibender Leistung kann der konventionelle Antrieb des Schalters verkleinert werden, um Kosten zu sparen.
Da im Normalfall ein hohlzylinderförmige Körper aus zum Teil ferromagnetischem Material sehr viel schwerer sein wird als Stäbe aus ferromagnetischem Material, ist es vorteilhaft, daß der Kompressioπszylinder mit dem hohlzylinderförmigen Körper und dementsprechend der Kompressionskolben mit dem/den Stäben fest verbunden ist. Dadurch wird die mit dem Kompressionskolben zu beschleunigende Masse gering gehalten, um eine hohe Be- schleunigung des Kompressionskolbens zu erreichen. Der maximale Löschgasdruck wird auf diese Weise zu einem sehr frühen Zeit- punkt während der Ausschaltbewegung erreicht.
Um eine gute Führung des Kompressionskolbens zu gewährleisten, ist dieser mit einer Kolbenstange ausgestattet, die in einem Teilbereich ihrer Länge aus ferromagnetischem Material besteht. Die Kolbenstange wird während der Ausschaltbewegung in einem Schlitz des hohlzylinderförmigen Körpers geführt und ist in diesen soweit einbringbar, daß auch der ferromagnetische Teilbereich der Kolbenstange in den Schlitz eintritt. Da die Kolbenstange ständig in dem Schlitz geführt wird, brauchen keine besonderen Vorkehrungen getroffen zu werden, um einen Versatz zwischen Kolbenstange und dem Schlitz während der Ausschaltbewegung zu vermeiden. Außerdem ist durch diese Führung auch der in dem Kompressionszylinder bewegliche Kolben gegen Verkanten zusätzlich gesichert. Sobald der ferromagne¬ tische Teilbereich der Kolbenstange in einen Schlitz des hohl¬ zylinderförmigen Körpers eintritt, werden die magnetischen Kräfte wirksam, die diesen Teilbereich der Kolbenstange in den Schlitz hineinziehen. Dadurch wird eine zusätzliche Antriebs- kraft auf die Kolbenstange und damit den Kompressionskolben übertragen. Im Einschaltzustand des Leistungsschalters ist der ferromagnetische Teilbereich der Kolbenstange in Bezug auf den hohlzylinderförmigen Körper so angeordnet, daß bei seinem Ein¬ tritt in einen Schlitz des hohlzylinderförmigen Körpers im Zuge der Ausschaltbewegung der Kompressionskolben gegenläufig zur Bewegung des Kompressionszylinders angetrieben wird.
Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet sein, daß der ferromagnetische Teilbereich der Kolbenstange auf der dem Kompressionsraum zugewandten Seite des Kolbens angeordnet ist und daß der hohlzylinderförmige Körper im Inneren des Kompres¬ sionsraumes am Kompressionszylinder befestigt ist. Diese Anord¬ nung ist in ihrer Konstruktion besonders platzsparend, da keine zusätzlichen Bauteile außerhalb der Kompressionsvorrichtung benötigt werden. Der Platzbedarf ist also gegenüber dem bekannten Druckgasleistungsschalter verringert. Für den Fall, daß innerhalb des Kompressionszylinders nicht ge¬ nügend Platz zum Anbringen des hohzylinderförmigen Körpers zur Verfügung steht, empfiehlt es sich, daß der ferromagnetische Teilbereich der Kolbenstange auf der dem Kompressionsraum abge- wandten Seite des Kolbens angeordnet ist und daß der hohlzylin- derförmige Körper außerhalb des Kompressionszylinders an dessen dem Kompressionsraum abgewandten Boden befestigt ist.
Bei beiden genannten Ausführungsformen ist es vorteilhaft, wenn der Teilbereich der Kolbenstange aus ferromagnetischem Material relativ zu dem hohlzylinderförmigen Körper so angeordnet ist, daß er beim Ausschaltvorgang erst nach Zurücklegen einer be¬ stimmten Strecke in einen Schlitz des hohlzylinderförmigen Körpers eintritt. Dadurch ist gewährleistet, daß im Einschalt- zustand noch keine Kraft auf den Kompressionskolben wirkt.
Außerdem ist durch diese Konstruktion dafür gesorgt, daß beim Einschalten des Schalters zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Vor¬ lichtbogen zündet, der ferromagnetische Teilbereich einer Kolbenstange den Schlitz in dem hohlzylinderförmigen Körper schon vollständig oder fast vollständig verlassen hat, so daß die Kolbenstange mitsamt dem Kompressionskolben bei der Ein¬ schaltbewegung von dem Kompressionszylinder nicht mitgenommen werden kann. Die Masse des Kompressionskolbens bewirkt durch ihre Trägheit, daß auch in dem Falle einer Restüberdeckung eines ferromagnetischen Teilbereichs einer Kolbenstange mit einem der Schlitze zum Zeitpunkt des Zündens eines Vorlichtbo¬ gens die Kolbenstange nicht mitgenommen wird und durch eine Rückstellfeder an den mechanischen Anschlag zurückgezogen werden kann.
In diesem Zusammenhang kann es auch vorteilhaft sein, den Kom¬ pressionszylinder mit zum Teil ferromagnetischen Stäben zu verbinden, die in Schlitze eines mit dem Kompressionskolben verbundenen hohlzylinderförmigen Körpers aus ferromagnetischem Material eintreten. Da die Masse eines hohlzylinderförmigen Körpers aus zum Teil ferromagnetischem Material im Regelfall größer ist als die Masse von zum Teil ferromagnetischen Stäben, die in Schlitze des Körpers einlaufen, wird durch eine solche Konstruktion die mit dem Kompressionskolben zu beschleunigende Masse vergrößert, wodurch ein Mitnehmen des Kompressionskolbens bei der Einschaltbewegung erschwert wird.
Die Rückstelleinrichtung für den Kompressionskolben besteht vorteilhafterweise aus einer Feder, deren Stärke so gewählt ist, daß sie einerseits die Kolbenstange im Einschaltzustand sicher an den Anschlag zurückzieht, andererseits aber die Bewe¬ gung des Kompressionskolbens während der Ausschaltbewegung nicht behindert.
Eine besonders einfache Konstruktion des hohlzylinderförmigen Körpers ergibt sich, wenn dieser aus zwei halben Hohlzylindern aus ferromagnetischem Material mit zwei zwischen ihnen gebilde¬ ten Schlitzen und aus einem die halben Hohlzylinder tragenden Stützkörper aus nichtferromagnetischem Material besteht. Durch diese Konstruktion ist gewährleistet, daß der magnetische Fluß zwischen den beiden halben Hohlzylindern durch die zwischen ihnen gebildeten Schlitze unterbrochen ist und daß auch über den Stützkörper kein magnetischer Schluß zwischen den halben Hohlzylindern gebildet wird. Die beiden halben Hohlzylinder können beispielsweise auf der Mantelfläche eines Hohlzylinders aus Kunststoff befestigt sein. Unter den halben Hohlzylindern sind auch solche Teile zu verstehen, die sich nicht unbedingt zu einem vollen kreisförmigen Hohlzylinder zusammensetzen lassen, sondern beim Zusammensetzen die erwähnten Schlitze zwischen sich freilassen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbei¬ spielen in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie¬ ben. Dabei beschränkt sich die Erfindung nicht auf die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Anwendungen.
Es zeigen in schematischer Darstellung: Die Figuren 1 bis 4 einen Teil eines Druckgasleistungsschalters im Längsschnitt in vier verschiedenen Phasen während der Ausschaltbewegung, Figur 5 den Druckgasleistungsschalter aus den Figuren 1 bis 4 in dem in Figur 1 angedeuteten Quer¬ schnitt V-V, die Figuren 6 bis 9 einen Teil eines weiteren Druckgasleistungs¬ schalters im Längsschnitt in vier verschie¬ denen Phasen während der Ausschaltbewegung, Figur 10 den Druckgasleistungsschalter aus den
Figuren 6 bis 9 in dem in Figur 6 ange¬ deuteten Querschnitt X-X.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel weist der Hochspannungs- Druckgasleistungsschalter zwei einander koaxial gegenüberlie¬ gende hohle, düsenförmige Kontaktstücke 1, 2 auf. Die beiden feststehenden Kontaktstücke 1, 2 sind von dem Kompressions¬ zylinder 3 umgeben, der mit einem beweglichen Kontaktstück 4 fest verbunden ist. Der Kompressionszylinder 3 ist über eine Antriebsstange 5 mit einer nicht dargestellten konventionellen Antriebseinrichtung verbunden.
Der mit einer Kolbenstange 7, 9 versehene Kompressionskolben 6 ist in Längsrichtung der Kolbenstange 7, 9 beweglich ausge- führt. Der Kolben 6 liegt dichtend an den Wänden des Kompres¬ sionszylinders 3 an und schließt mit diesem den Kompressions¬ raum 8 ein. Die Kolbenstange 7, 9 besteht in einem Teilbe¬ reich 9 ihrer Länge aus ferromagnetischem Material. Das dem Kompressionsraum 8 abgewandte Ende der Kolbenstange 7, 9 liegt an einem mechanischen Anschlag 10 an, der die Bewegung des Kol¬ bens begrenzt. Zwischen dem Anschlag 10 und der Kolbenstange 7, 9 liegt die Feder 11, durch welche die Kolbenstange 7, 9 an den Anschlag 10 herangezogen wird.
Im Einschaltzustand des Druckgasleistungsschalters überbrückt das bewegliche Kontaktstück 4 die beiden feststehenden Kontakt- stücke 1, 2 elektrisch leitend. Bei der Ausschaltung zieht der Antrieb über die Antriebsstange 5 den Kompressionszylinder 3 und mit ihm das bewegliche Kontaktstück 4 derart über den Kolben 6, daß der Kompressionsraum 8 verkleinert wird und das bewegliche Kontaktstück 4 von dem feststehenden Kontaktstück 1 abläuft. Der Kolben 6 wird durch den Löschgasdruck im Kompres¬ sionsraum 8 in Richtung des Anschlags 10 gedrückt, der über die Kolbenstange 7, 9 die Bewegung des Kolbens 6 begrenzt.
An der äußeren, dem Anschlag 10 zugewandten Stirnseite des
Kompressionszylinders 3 ist ein hohlzylinderförmiger Körper 12 befestigt. Dieser besteht aus einem das feststehende Kontakt¬ stück 2 konzentrisch umgebenden Hohlzylinder 13 aus Kunststoff und aus zwei halben Hohlzylindern 14, 15 aus ferromagnetischem Material, insbesondere Eisen, die an der Mantelfläche des Hohl- zylinders 13 aus Kunststoff derart befestigt sind, daß sie zwischen sich zwei durchgehende Schlitze 16, 17 einschließen. Diese Schlitze 16, 17 dienen als Durchtrittsöffnungen für je eine Kolbenstange 7, 9.
In den beiden halben Hohlzylindern 14, 15 aus ferromagnetischem Material wird, solange der Abschaltstrom durch das feststehende Kontaktstück 2 fließt, ein zu dem Kontaktstück 2 konzentrisches Magnetfeld erzeugt. Da der magnetische Schluß zwischen den bei- den halben Hohlzylindern 14, 15 durch die Schlitze 16, 17 unter¬ brochen ist, wird der ferromagnetische Teilbereich 9 der Kolben¬ stange 7, 9 nach seinem Eintritt in einen der Schlitze 16, 17 durch die magnetische Kraftwirkung in den Schlitz hineinge¬ zogen.
Um zuverlässig einen magnetischen Schluß zwischen dem ferroma¬ gnetischem Bereich 9 einer Kolbenstange 7, 9 und einem der halben Hohlzylinder 14, 15 zu vermeiden, sind nicht dargestell¬ te Führungselemente aus nichtferromagnetischem Material vorge- sehen, beispielsweise nichtferromagnetische Wälzkörper, die in die Seitenflächen der halben Hohlzylinder 14, 15 eingelassen sind, welche die Schlitze 16, 17 begrenzen. Durch diese Wälz¬ körper wird jede Kolbenstange 7, 9 berührungsfrei in einem Schlitz 16, 17 geführt.
Sobald die magnetische, auf den Kolben 6 wirkende Kraft die durch den Druck im Kompressionsraum 8 auf den Kolben 6 wirkende Kraft, übersteigt, wird der Kolben 6 gegenläufig zu der Bewegung des Kompressionszylinders 3 beschleunigt. Dadurch ergibt sich eine Beschleunigung des Kompressionsvorganges, und der maximale Löschgasdruck wird früher erreicht als ohne einen zusätzlichen Antrieb des Kompressionskolbens 6. Es kann dadurch wegen der Kürze der Zeit kaum zum Entweichen von Löschgas aus dem Kompres¬ sionszylinder 3 durch Undichtigkeiten vor Erreichen des maximalen Löschgasdrucks kommen.
Wenn der Abschaltstrom zu gering ist, um eine Kraft auf den Kompressionskolben 6 zu erzeugen, welche die durch den Lösch¬ gasdruck auf den Kolben 6 wirkende Kraft übersteigt, findet keine Beschleunigung des Kolbens 6 statt, und die magnetische Antriebsunterstützung wird reduziert, so daß bei niedrigen Ab¬ schaltströmen kein Abschalten des Stromes vor dem Stromnull¬ durchgang durch eine zu starke Beblasung zu befürchten ist.
Der ferromagnetische Bereich 9 der Kolbenstange 7, 9 ist derart angeordnet, daß er sich während einer Einschaltbewegung zu dem Zeitpunkt, wenn der erste Vorlichtbogen zündet, schon zum größten Teil außerhalb des Schlitzes 16 des hohlzylinderförmi¬ gen Körpers 12 befindet. Der kurze Zeitraum, in dem noch eine magnetische Kraftwirkung auf die Kolbenstange 7, 9 wirkt, reicht nicht aus, um die Massenträgheit des Kolbens 6, sowie die Rückstellkraft der Feder 11 soweit zu überwinden, daß der Kolben 6 durch den angetriebenen Kompressionszylinder 3 mitge¬ nommen wird.
In den Figuren 6 bis 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen wie in den übrigen Figuren.
Bei diesem Druckgasleistungsschalter entspricht die Anordnung der feststehenden Kontaktstücke 1, 2 und des beweglichen Kon- taktstücks 4 mit dem sie umgebenden Kompressionszylinder 3 dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Ausführungsformen unterscheiden sich lediglich in der Anordnung des hohlzylinder¬ förmigen Körpers 12 und dem Aufbau der Kolbenstange 7, 9.
Die Kolbenstange 7, 9 erstreckt sich zu beiden Seiten des
Kolbens 6. Der ferromagnetische Bereich 9 der Kolbenstange 7, 9 liegt auf der dem Kompressionsraum 8 zugewandten Seite des Kolbens 6. Der hohlzylinderförmige Körper 12 ist innerhalb des Kompressionsraumes angeordnet und an dem beweglichen Kontakt- stück 4 mittels Streben 18, 19 befestigt. Dadurch wird die
Strömung des Löschgases innerhalb des Kompressionsraums 8 nicht mehr als notwendig behindert. Der ferromagnetische Bereich 9 der Kolbenstange 7, 9 tritt in den Schlitz 16 des hohlzylinder¬ förmigen Körpers 12 erst dann ein, wenn das bewegliche Kontakt- stück 4 von dem festen Kontaktstück 1 abgelaufen ist. Diese An¬ ordnung bewirkt, daß beim Einschalten des Schalters der ferroma¬ gnetische Bereich 9 der Kolbenstange 7, 9 den Schlitz 16 in dem hohlzylinderförmigen Körper 12 früh genug verläßt, um durch die Bewegung des Kompressionszylinders 3 nicht mitgenommen zu werden.
Beim Ausschalten findet dagegen vom Zeitpunkt des Eintritts des ferromagnetischen Bereiches 9 der Kolbenstange 7, 9 in dem Schlitz 16 die magnetische Antriebsunterstützung statt. Der Kolben 6 wird, falls der Abschaltstrom genügend groß ist, gegen¬ läufig zum Kompressionzylinder 3 beschleunigt, wodurch der maxi¬ male Löschgasdruck früher erreicht wird, als ohne den zusätz¬ lichen Antrieb des Kolbens 6. Im weiteren Verlauf der Kompres¬ sionsbewegung wird dann der Lichtbogen mit dem komprimierten Löschgas beblasen und der Kompressionskolben 6 mit dem Kompres¬ sionszylinder 3 weiterbewegt, bis daß er an den Anschlag 10 anstößt. In dieser Stellung hat der Schalter seine Endlage erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Druckgasleistungsschalter mit mindestens einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück und mit einer Kompressions- Vorrichtung, die aus einem mit dem beweglichen Kontaktstück verbundenen, antreibbaren Kompressionszylinder und einem während der Ausschaltbewegung gegenläufig zum Kompressions¬ zylinder antreibbaren Kompressionskolben besteht, die einen Kompressionsraum einschließen, mit einem mechanischen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des Kompressionskolbens auf dessen dem Kompressionsraum abgewandter Seite, mit einer Rückstelleinrichtung zum Heranziehen der Kolbenstange des Kompressionskolbens an den Anschlag und mit einer Vorrichtung zur Unterstützung des Antriebes durch die magnetische Wirkung des Abschaltstromes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- daß die Kontaktstücke (1, 2) wenigstens zum Teil von einem hohlzylinderförmigen Körper (12) umgeben sind, der wenigstens zum Teil aus ferromagnetischem Material besteht und dessen ferromagnetischer Teil wenigstens einen parallel zur Richtung des Abschaltstromes verlaufenden, durchgehenden Schlitz (16, 17) aufweist,
- daß wenigstens ein zum Teil aus ferromagnetischem Material bestehender Stab (7) vorgesehen ist, der in Längsrichtung in einen der Schlitze (16, 17) einbringbar ist, und
- daß eines der beiden Teile (3, 6) der Kompressionsvorrichtung mit dem hohlzylinderförmigen Körper (12), das andere Teil mit dem/den Stäben (7) fest verbunden ist.
2. Druckgasleistungsschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kompres¬ sionszylinder (3) mit dem hohlzylinderförmigen Körper (12) fest verbunden ist.
3. Druckgasleistungsschalter nach Anspruch 2 mit einem Kompres¬ sionskolben und einer Kolbenstange, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kolben¬ stange (7, 9) in einem Teilbereich ihrer Länge (9) aus ferroma¬ gnetischem Material besteht und daß die Kolbenstange (7, 9) während der Ausschaltbewegung in einen Schlitz (16, 17) des hohlzylinderförmigen Körpers (12) soweit einbringbar ist, daß auch der ferromagnetische Teilbereich (9) der Kolbenstange (7, 9) in den Schlitz eintritt.
4. Druckgasleistungsschalter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der ferromagnetische Teilbereich (9) der Kolbenstange (7, 9) auf der dem Kompressionsraum (8) zugewandten Seite des Kolbens (6) angeordnet ist und daß der hohlzylinderförmige Körper (12) im Inneren des Kompressionsraumes (8) am Kompressionszylinder (3) befestigt ist.
5. Druckgasleistungsschalter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der ferroma¬ gnetische Teilbereich (9) der Kolbenstange (7, 9) auf der dem Kompressionsraum (8) abgewandten Seite des Kolbens (6) angeord¬ net ist und daß der hohlzylinderförmige Körper (12) außerhalb, des Kompressionszylinders (3) an dessen dem Kompressionsraum (8) abgewandten Boden befestigt ist.
6. Druckgassleistungsschalter nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Teil¬ bereich (9) der Kolbenstange (7, 9) aus ferromagnetischem Material relativ zu dem hohlzylinderförmigen Körper so ange- ordnet ist, daß er beim Ausschaltvorgang erst nach Zurücklegen einer bestimmten Strecke in einen Schlitz (16, 17) des hohl¬ zylinderförmigen Körpers (12) eintritt.
7. Druckgasleistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rückstelleinrichtung aus einer Feder (11) besteht.
8. Druckgasleistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der hohlzylinderförmige Körper (12) aus zwei halben Hohlzylindern aus ferromagnetischem Material mit zwei zwischen ihnen gebil¬ deten Schlitzen (16, 17) und aus einem die halben Hohlzylinder tragenden Stützkörper (13) aus nichtferromagnetischem Material besteht.
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