EP0731482A2 - Leistungsschalter - Google Patents

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Publication number
EP0731482A2
EP0731482A2 EP96810091A EP96810091A EP0731482A2 EP 0731482 A2 EP0731482 A2 EP 0731482A2 EP 96810091 A EP96810091 A EP 96810091A EP 96810091 A EP96810091 A EP 96810091A EP 0731482 A2 EP0731482 A2 EP 0731482A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit breaker
short
blow
pressure
contact piece
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96810091A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0731482A3 (de
Inventor
Ion Gavrilita
Kurt Dr. Kaltenegger
Ferdinand Platter
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.)
ABB AG Germany
Original Assignee
ABB Management 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 ABB Management AG filed Critical ABB Management AG
Publication of EP0731482A2 publication Critical patent/EP0731482A2/de
Publication of EP0731482A3 publication Critical patent/EP0731482A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0066—Auxiliary contact devices
    • 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
    • H01H33/98—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow
    • H01H33/982—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being initiated by an auxiliary arc or a section of the arc, without any moving parts for producing or increasing the flow in which the pressure-generating arc is rotated by a magnetic field

Definitions

  • the invention is based on a circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • a circuit breaker is known from US Pat. No. 2,333,598, which uses compressed air as an insulating medium and as a switching gas.
  • This circuit breaker has an arcing chamber which is provided with a blow coil which is activated when it is switched off and which then applies an axial magnetic field to the cylindrical arc zone in a known manner.
  • This magnetic field causes the arc to rotate.
  • the rotating arc heats the gas in the arc zone so that an increase in pressure occurs in this area, the pressure-applied gas thus obtained is stored in a blowing volume.
  • the blowing volume is designed so large that it can absorb the highest possible pressures with this circuit breaker and store it until the arc blowing begins.
  • the invention solves the problem of creating a circuit breaker in which an excessive increase in pressure in the blowing volume is avoided with simple means.
  • the advantages achieved by the invention can essentially be seen in the fact that the wall of the blowing volume is mechanically overloaded with a high degree of certainty.
  • the volume of the blowing volume can thus be selected to be optimally small, and with it the dimensions of the arcing chamber can also be advantageously kept small, so that an advantageously space-saving and inexpensive circuit breaker can be created.
  • the limitation of the pressure rise means that the gas temperature is also limited upwards, thereby avoiding that the density of the pressurized gas is reduced inadmissibly. If an optimal pressure rise is set, the extinguishing capacity of the circuit breaker is advantageously increased.
  • FIG. 1 shows a first, greatly simplified partial section through a first circuit breaker according to the invention.
  • This circuit breaker has a quenching chamber 1 filled with an insulating medium movable contact piece 2 and a fixed contact piece 3, which are connected to one another in an electrically conductive manner by a sliding contact arrangement 4 in the switched-on state.
  • SF 6 gas is very often used as the insulating medium.
  • Both the movable contact piece 2 and the fixed contact piece 3 can have central bores.
  • the sliding contact arrangement 4 is indicated here, for example, by contact fingers, which are held together by a holder, not shown, to form a type of contact tulip.
  • the movable contact piece 2, the sliding contact arrangement 4 and the fixed contact piece 3 together form the power current path of the quenching chamber 1.
  • the power current path extends along an axis 5, which at the same time is the axis of the quenching chamber 1, which is generally cylindrical.
  • the quenching chamber 1 which is filled with an electrically insulating medium under pressure, such as SF 6 gas, the housing enclosing it and also the drive moving the contact piece 2 are not shown.
  • the movable contact piece 2 penetrates an electrically conductive race 6, which surrounds it concentrically.
  • the race 6 is positioned by an electrically insulating holder 7.
  • the race 6, the electrically insulating holder 7 and a wall 8 indicated only by a line enclose a blowing volume 9 concentrically surrounding the movable contact piece 2.
  • the piston 13 is guided by elements not shown, and an effective stroke limitation is also provided, so that the piston 13 cannot be moved too far in the direction of the blowing volume 9.
  • the piston 13 is with a piston rod 14 which is provided for the actuation of a schematically illustrated auxiliary switch 15.
  • the auxiliary switch 15 is shown as a closer, the contact bridge 16 of which can be moved in the closing direction by the piston 13 with the piston rod 14.
  • the auxiliary switch 15 has two contacts 17, 18, which are connected to one another in an electrically conductive manner by the contact bridge 16 in the closed state.
  • the race 6 is connected by means of an electrically conductive connection 20 to a first turn 21 of a blow coil 22, for example a single-layer design. Only the cross sections of the individual windings of the blow coil 22 are shown here, the insulation of the windings and their bracing required because of the high dynamic current forces are not shown.
  • the blow coil 22 can be made in one or more layers.
  • the other end of the blow coil 22 is electrically conductively connected to the fixed contact piece 3.
  • the first turn 21 is also connected to the contact 18 of the auxiliary switch 15.
  • the contact 17 of the auxiliary switch 15 is connected to the fixed contact piece 3 by an electrically conductive connecting line 23.
  • a plurality of piston-cylinder arrangements 11 and correspondingly assigned auxiliary switches 15 together with the associated electrically conductive connections can be provided in the arcing chamber 1.
  • connection 24 which is provided with a sliding contact 25
  • current flows, as indicated by an arrow 26, into the movable contact piece 2 of the power current path.
  • the current continues to flow through the sliding contact arrangement 4 and the fixed contact piece 3 to a further connection 27, where the current, as indicated by a further arrow 28, the quenching chamber 1 leaves.
  • the blow coil 22 is not supplied with a current.
  • FIG. 2 shows a second, greatly simplified partial section through the first circuit breaker according to the invention, in whose quenching chamber 1 the contact piece 2 which is movable in the direction of an arrow 29 has just moved out of the sliding contact arrangement 4.
  • an initially comparatively short arc 30 was drawn, the one base point of which initially burned briefly on the sliding contact arrangement 4 commutated very quickly onto the race 6.
  • the other base point of the arc 30 burns on the movable contact piece 2.
  • current no longer flows through the sliding contact arrangement 4.
  • the current now flows from the movable contact piece 2 through the arc 30 into the race 6 and from there through the connection 20, the blow coil 22 and an electrically conductive connection 31 into the fixed contact piece 3.
  • FIG. 3 shows a third, greatly simplified partial section through the first circuit breaker according to the invention, in whose quenching chamber 1 the movable contact piece 2 is in the switch-off position while the arc 30 is still burning.
  • the arc 30 has in the meantime generated such a high gas pressure in the blow volume 9 that the pistons 13 of the piston-cylinder arrangements 11 are moved outward from the blow volume 9 against the force of the springs 19. If the for the piston-cylinder arrangements 11 predetermined maximum response pressure is reached, the contact bridges 16 connected to the pistons 13 close the auxiliary switches 15. With this closing, the blow coil 22 is short-circuited, so that no more current flows through it and the connection 31, which also means that until this moment, the axial magnetic field acting on the arc 30 is switched off. The current now flows through the closed auxiliary switch 15 and the connecting line 23 directly to the fixed contact piece 3, as indicated by an arrow 33.
  • FIG. 4 shows a greatly simplified partial section through a second circuit breaker according to the invention.
  • the position of the movable contact piece 2 corresponds to the position shown in Fig.2.
  • the blow coil 22 has a tap 34 which is connected to the contact 18 of the auxiliary switch 15 via an electrically conductive connection 35.
  • the direct connection between the first turn 21 of the blow coil 22 and the contact 18 is omitted in this embodiment.
  • FIG. 5 shows a greatly simplified partial section through a third circuit breaker according to the invention.
  • the position of the movable contact piece 2 corresponds to the position shown in Figure 3.
  • the structure of the power circuit, the blow volume 9, the race 6 and the blow coil 22 corresponds in this embodiment to the structure of the first circuit breaker variants.
  • the auxiliary switch 15 is here provided with a magnetic release 36.
  • the blow volume 9 is also provided with a pressure sensor 37.
  • the pressure sensor 37 works together with an evaluation unit 38 which monitors the signal delivered by the pressure sensor 37. When the evaluation unit 38 determines that a predetermined maximum pressure in the blow volume 9 has been exceeded, it generates a trigger signal which is amplified in an output amplifier of the evaluation unit 38.
  • This amplified trigger signal then passes through a control line 39 into the magnetic release 36, excites it and the auxiliary switch 15 closes and thus short-circuits the blow coil 22.
  • Another control line 40 also leads into the magnetic release 36.
  • the control line 40 is connected to a higher-level system control system, so that the auxiliary switch 15 can also be actuated independently of the pressure in the blow volume 9 if this should be necessary.
  • circuit breaker In addition to the design variants described, a large number of other circuit breaker designs are also possible. It is also possible, in particular, if a circuit breaker has to interrupt predominantly comparatively small currents, to couple the movable contact piece 2 to an additional piston-cylinder arrangement in which the insulating medium is compressed in a known manner and then either directly into the area of the arc is blown in or introduced into the blowing volume 9 via a check valve. Furthermore, it is also possible to arrange a nominal current path parallel to the power current path in order to protect the nominal current contacts from the effects of the arc and any commutation arcs. Such a separate nominal current path is particularly advantageous for circuit breakers with a comparatively large nominal current carrying capacity. It is also possible to short-circuit the blow coil 22 depending on the stroke of the arcing chamber.
  • FIG. 1 shows the quenching chamber 1 in the closed state, the alternating current to be interrupted flows through the power current path that extends between the two connections 24 and 27, this current is indicated by the arrows 26 and 28.
  • the circuit breaker receives an opening command from a higher-level system control system or a protective relay, the moves Switch drive the movable contact piece 2 in the switch-off direction, in Fig.2 this direction is indicated by the arrow 29.
  • an arc 30 arises, one of which, initially briefly burning on the sliding contact arrangement 4, commutes very quickly onto the race 6.
  • the other base point of the arc 30 burns on the movable contact piece 2.
  • the blow coil 22 is short-circuited and the axial magnetic field no longer exists.
  • the absence of the axial magnetic field means that the arc 30 no longer rotates, so that the intensity of the heating of the gas and thus also the intensity of the pressure generation is greatly reduced.
  • the pressure in the blow volume 9 does not increase any further, so that the pressure load on the wall 8 of the blow volume 9 is limited.
  • the wall 8 therefore only needs to be designed for comparatively low pressures.
  • the dimensions of the blowing volume 9 can be kept comparatively small, since no additional volume reserve is required in order to be able to absorb any excessively high pressures.
  • blow coil 22 can be provided with a tap 34, so that only part of the blow coil 22 is short-circuited when the auxiliary switch 15 is closed. As a result, the first turn 21 and the turns following up to the tap 34 remain effective.
  • the partial short-circuiting in this case has the effect that the axial magnetic field is somewhat weakened, as a result of which the speed of rotation of the arc 30 and thus also the pressure generation is reduced .
  • the number of remaining effective turns can now be optimized in such a way that, in the case of switch-off cases that are critical in this case, a sufficiently large blowing pressure is always provided in the blowing volume 9, so that an intensive blowing of the arc 30 is ensured even in the event of longer arcing times.
  • This version of the circuit breaker can be used particularly advantageously in networks with a 16 2/3 Hz network frequency.
  • the pressure in the blow volume 9 is measured by means of the pressure sensor 37, further processed electronically and, if necessary, when a predetermined threshold value is exceeded, the magnetic trigger 36 is actuated, which closes the auxiliary switch 15 and thus short-circuits the blow coil 22 prompted.
  • This version has a minimum of moving parts to be maintained, so that its operational availability is advantageously large.

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Abstract

Dieser Leistungsschalter weist eine Leistungsstrombahn auf und eine mit einem isolierenden Medium gefüllte Löschkammer (1). In der Leistungsstrombahn ist je ein bewegliches (2) und feststehendes Kontaktstück (3) angeordnet. Ferner ist in der Löschkammer (1) mindestens eine zumindest zeitweise durch Strom beaufschlagten Blasspule (22) vorgesehen und ein den bei einem Ausschaltvorgang auftretenden, erhöhten Druck des isolierenden Mediums speicherndes Blasvolumen (9). Es soll ein Leistungsschalter geschaffen werden, bei welchem mit einfachen Mitteln ein zu hoher Druckanstieg im Blasvolumen vermieden wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die mindestens eine Blasspule (22) ganz oder teilweise kurzschliessbar ausgebildet ist, und dass Mittel vorgesehen sind, welche dieses Kurzschliessen ermöglichen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • STAND DER TECHNIK
  • Aus der US-Patentschrift 2,333,598 ist ein Leistungsschalter bekannt, der Druckluft als isolierendes Medium und als Schaltgas benutzt. Dieser Leistungsschalter weist eine Löschkammer auf, die mit einer Blasspule versehen ist, die beim Ausschalten aktiviert wird, und welche dann die zylindrisch ausgebildete Lichtbogenzone auf bekannte Art mit einem axialen Magnetfeld beaufschlagt. Durch dieses Magnetfeld wird der Lichtbogen in eine rotierende Bewegung versetzt. Der rotierende Lichtbogen heizt das Gas in der Lichtbogenzone auf, sodass in diesem Bereich eine Druckerhöhung auftritt, das so erhaltene druckbeaufschlagte Gas wird in einem Blasvolumen gespeichert. Das Blasvolumen ist so gross ausgelegt, dass es die bei diesem Leistungsschalter grössten möglichen Drücke aufnehmen und bis zum Einsetzen der Lichtbogenbeblasung speichern kann. Wenn vergleichsweise grosse Ströme mit langen Lichtbogendauern abgeschaltet werden, so ist es möglich, dass ein wesentlich höherer Druck entsteht, als schlussendlich für die Löschung des Lichtbogens benötigt wird. Für diese höchsten möglichen Drücke muss das Blasvolumen jedoch ausgelegt sein, wodurch der Leistungsschalter unnötig vergrössert und damit auch verteuert wird.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen Leistungsschalter zu schaffen, bei welchem mit einfachen Mitteln ein zu hoher Druckanstieg im Blasvolumen vermieden wird.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass mit grosser Sicherheit vermieden wird, dass die Wand des Blasvolumens mechanisch überlastet wird. Das Volumen des Blasvolumens kann damit optimal klein gewählt werden, und mit ihm können auch die Abmessungen der Löschkammer vorteilhaft klein gehalten werden, sodass ein vorteilhaft raumsparender und preislich günstiger Leistungsschalter erstellt werden kann. Die Begrenzung des Druckanstiegs hat zur Folge, dass gleichzeitig auch die Gastemperatur nach oben begrenzt wird, wodurch vermieden wird, dass die Dichte des druckbeaufschlagten Gases unzulässig reduziert wird. Wird ein optimaler Druckanstieg eingestellt, so wird dadurch das Löschvermögen des Leistungsschalters vorteilhaft erhöht.
  • Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Es zeigen:
    • Fig.1 einen ersten, stark vereinfachten Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters mit eingeschalteter Löschkammer,
    • Fig.2 einen zweiten, stark vereinfachten Teilschnitt durch die erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Leistungsschalters mit einer kurz nach der Kontakttrennung beim Abschalten dargestellten Löschkammer,
    • Fig.3 einen dritten, stark vereinfachten Teilschnitt durch die erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Leistungsschalters mit einer in Ausschaltposition mit noch brennendem Lichtbogen dargestellten Löschkammer,
    • Fig.4 einen stark vereinfachten Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemässen Leistungsschalters, und
    • Fig.5 einen stark vereinfachten Teilschnitt durch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemässen Leistungsschalters.
  • Bei den Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • In der Fig.1 ist ein erster, stark vereinfachter Teilschnitt durch einen ersten erfindungsgemässen Leistungsschalter dargestellt. Dieser Leistungsschalter weist eine mit einem isolierenden Medium gefüllte Löschkammer 1 auf mit einem beweglichen Kontaktstück 2 und einem feststehenden Kontaktstück 3, welche im eingeschalteten Zustand durch eine Gleitkontaktanordnung 4 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Als isolierendes Medium wird sehr häufig SF6-Gas verwendet. Sowohl das bewegliche Kontaktstück 2 als auch das feststehende Kontaktstück 3 können zentrale Bohrungen aufweisen. Die Gleitkontaktanordnung 4 ist hier beispielsweise durch Kontaktfinger angedeutet, die durch eine nicht dargestellte Halterung zu einer Art Kontakttulpe zusammengehalten werden. Das bewegliche Kontaktstück 2, die Gleitkontaktanordnung 4 und das feststehende Kontaktstück 3 bilden zusammen die Leistungsstrombahn der Löschkammer 1. Die Leistungsstrombahn erstreckt sich entlang einer Achse 5, die gleichzeitig die Achse der in der Regel zylindrisch aufgebauten Löschkammer 1 ist. Von der Löschkammer 1, die mit einem elektrisch isolierenden Medium unter Druck, wie beispielsweise SF6-Gas, gefüllt ist, ist das sie einschliessende Gehäuse und auch der das Kontaktstück 2 bewegende Antrieb nicht dargestellt.
  • Das bewegliche Kontaktstück 2 durchdringt einen elektrisch leitenden Laufring 6, der dieses konzentrisch umgibt. Der Laufring 6 wird durch eine elektrisch isolierende Halterung 7 positioniert. Der Laufring 6, die elektrisch isolierende Halterung 7 und eine lediglich durch eine Linie angedeutete Wand 8 schliessen ein das bewegliche Kontaktstück 2 konzentrisch umgebendes Blasvolumen 9 ein. Auf der dem Laufring 6 gegenüber liegenden Seite des Blasvolumens 9 ist dieses mittels eines in die Wand 8 eingelassenen Dichtungsrings 10 abgedichtet gegen das durchtretende bewegliche Kontaktstück 2. In die Wand 8 ist mindestens eine Kolben-Zylinder-Anordnung 11 eingelassen, die einen Zylinder 12 und einen in diesem gleitenden Kolben 13 aufweist. Der Kolben 13 ist durch nicht dargestellte Elemente geführt, zudem ist eine wirksame Hubbegrenzung vorgesehen, sodass der Kolben 13 nicht zu weit in Richtung Blasvolumen 9 beweglich ist. Der Kolben 13 ist mit einer Kolbenstange 14 versehen, die für die Betätigung eines schematisch dargestellten Hilfsschalters 15 vorgesehen ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hilfsschalter 15 als ein Schliesser dargestellt, dessen Kontaktbrücke 16 durch den Kolben 13 mit der Kolbenstange 14 in Schliessrichtung bewegt werden kann. Der Hilfsschalter 15 weist zwei Kontakte 17,18 auf, die in geschlossenem Zustand durch die Kontaktbrücke 16 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Wenn sich der Kolben 13 in Schliessrichtung des Hilfsschalters 15 bewegt, so wirkt die Kraft einer vorgespannten Feder 19 dieser Bewegung entgegen.
  • Der Laufring 6 ist mittels einer elektrisch leitenden Verbindung 20 mit einer ersten Windung 21 einer hier beispielsweise einlagig ausgeführten Blasspule 22 verbunden. Von der Blasspule 22 sind hier nur die Querschnitte der einzelnen Windungen dargestellt, die Isolation der Windungen und deren wegen der hohen dynamischen Stromkräfte nötige Abspannung wird nicht gezeigt. Die Blasspule 22 kann ein- oder mehrlagig ausgeführt sein. Das andere Ende der Blasspule 22 ist elektrisch leitend mit dem feststehenden Kontaktstück 3 verbunden. Die erste Windung 21 ist zudem mit dem Kontakt 18 des Hilfsschalters 15 verbunden. Der Kontakt 17 ist des Hilfsschalters 15 ist durch eine elektrisch leitende Verbindungsleitung 23 mit dem feststehenden Kontaktstück 3 verbunden. In der Löschkammer 1 können mehrere Kolben-Zylinder-Anordnungen 11 und entsprechend zugeordnete Hilfsschalter 15 samt den zugehörigen elektrisch leitenden Verbindungen vorgesehen werden. Durch einen schematisch dargestellten Anschluss 24 der mit einem Schleifkontakt 25 versehen ist, fliesst, wie durch einen Pfeil 26 angedeutet, Strom in das bewegliche Kontaktstück 2 der Leistungsstrombahn. In dieser eingeschalteten Position der Löschkammer 1 fliesst der Strom weiter durch die Gleitkontaktanordnung 4 und das feststehende Kontaktstück 3 zu einem weiteren Anschluss 27, wo der Strom, wie durch einen weiteren Pfeil 28 angedeutet, die Löschkammer 1 verlässt. Die Blasspule 22 wird dabei nicht mit einem Strom beaufschlagt.
  • Die Fig.2 zeigt einen zweiten, stark vereinfachten Teilschnitt durch den ersten erfindungsgemässen Leistungsschalter, bei dessen Löschkammer 1 gerade das in Richtung eines Pfeils 29 bewegliche Kontaktstück 2 aus der Gleitkontaktanordnung 4 herausgefahren ist. Bei dieser Kontakttrennung wurde ein zunächst vergleichsweise kurzer Lichtbogen 30 gezogen, dessen einer, zunächst kurzzeitig auf der Gleitkontaktanordnung 4 brennender Fusspunkt sehr schnell auf den Laufring 6 kommutierte. Der andere Fusspunkt des Lichtbogens 30 brennt auf dem beweglichen Kontaktstück 2. Nach dem Kommutieren des Lichtbogens 30 fliesst kein Strom mehr durch die Gleitkontaktanordnung 4. Der Strom fliesst jetzt vom beweglichen Kontaktstück 2 aus durch den Lichtbogen 30 in den Laufring 6 und von diesem weiter durch die Verbindung 20, die Blasspule 22 und eine elektrisch leitende Verbindung 31 in das feststehende Kontaktstück 3. Durch das Kommutieren wurde demnach ein neuer Strompfad aktiviert. Ein Pfeil 32 deutet den Stromfluss durch diesen Strompfad an. Mit der weiteren Bewegung des beweglichen Kontaktstücks 2 in Richtung des Pfeils 29 vergrössert sich der Abstand zwischen dem beweglichen Kontaktstück 2 und dem Laufring 6, wobei gleichzeitig auch der Lichtbogen 30 verlängert wird. Die stromdurchflossene Blasspule 22 erzeugt ein axiales Magnetfeld, welches auf den Lichtbogen 30 einwirkt und diesen um die Achse 5 herum in Rotation versetzt.
  • Die Fig.3 zeigt einen dritten, stark vereinfachten Teilschnitt durch den ersten erfindungsgemässen Leistungsschalter, bei dessen Löschkammer 1 das bewegliche Kontaktstück 2 in der Ausschaltposition steht, während der Lichtbogen 30 noch brennt. Der Lichtbogen 30 hat zwischenzeitlich im Blasvolumen 9 einen so hohen Gasdruck erzeugt, dass die Kolben 13 der Kolben-Zylinder-Anordnungen 11 vom Blasvolumen 9 aus gegen die Kraft der Federn 19 nach aussen bewegt werden. Wenn der für die Kolben-Zylinder-Anordnungen 11 vorgegebene maximale Ansprechdruck erreicht ist, schliessen die mit den Kolben 13 verbundenen Kontaktbrücken 16 die Hilfsschalter 15. Mit diesem Schliessen wird die Blasspule 22 kurzgeschlossen, sodass durch sie und die Verbindung 31 kein Strom mehr fliesst, womit auch das bis zu diesem Augenblick auf den Lichtbogen 30 einwirkende axiale Magnetfeld abgeschaltet wird. Der Strom fliesst nun durch den geschlossenen Hilfsschalter 15 und die Verbindungsleitung 23 direkt zum feststehenden Kontaktstück 3, wie ein Pfeil 33 andeutet.
  • Die Fig.4 zeigt einen stark vereinfachten Teilschnitt durch einen zweiten erfindungsgemässen Leistungsschalter. Die Position des beweglichen Kontaktstücks 2 entspricht der in Fig.2 dargestellten Position. Die Blasspule 22 weist einen Abgriff 34 auf, der über eine elektrisch leitende Verbindung 35 mit dem Kontakt 18 des Hilfsschalters 15 verbunden ist. Die direkte Verbindung zwischen der ersten Windung 21 der Blasspule 22 und dem Kontakt 18 entfällt bei dieser Ausführungsvariante.
  • Die Fig.5 zeigt einen stark vereinfachten Teilschnitt durch einen dritten erfindungsgemässen Leistungsschalter. Die Position des beweglichen Kontaktstücks 2 entspricht der in Fig.3 dargestellten Position. Der Aufbau der Leistungsstrombahn, des Blasvolumens 9, des Laufrings 6 und der Blasspule 22 entspricht bei dieser Ausführungsvariante dem Aufbau der ersten Leistungsschaltervarianten. Der Hilfsschalter 15 ist hier jedoch mit einem Magnetauslöser 36 versehen. Ferner ist das Blasvolumen 9 mit einem Drucksensor 37 versehen. Der Drucksensor 37 arbeitet mit einer Auswerteeinheit 38 zusammen, die das vom Drucksensor 37 gelieferte Signal überwacht. Wenn die Auswerteeinheit 38 das Überschreiten eines vorgegebenen Maximaldrucks im Blasvolumen 9 feststellt, so generiert sie ein Auslösesignal, welches in einem Ausgangsverstärker der Auswerteeinheit 38 verstärkt wird.
  • Dieses verstärkte Auslösesignal gelangt dann durch eine Steuerleitung 39 in den Magnetauslöser 36, regt diesen an und der Hilfsschalter 15 schliesst sich und schliesst damit die Blasspule 22 kurz. Eine weitere Steuerleitung 40 führt ebenfalls in den Magnetauslöser 36 hinein. Die Steuerleitung 40 ist mit einer übergeordneten Anlagenleittechnik verbunden, sodass der Hilfsschalter 15 auch unabhängig vom Druck im Blasvolumen 9 betätigt werden kann, wenn dies erforderlich sein sollte.
  • Neben den beschriebenen Ausführungsvarianten ist noch eine Vielzahl anderer Leistungsschalterausführungen möglich. So ist es insbesondere auch möglich, wenn ein Leistungsschalter vorwiegend vergleichsweise kleine Ströme unterbrechen muss, das bewegliche Kontaktstück 2 mit einer zusätzlichen Kolben-Zylinder-Anordnung zu koppeln, in welcher auf bekannte Art das isolierende Medium komprimiert und dann entweder direkt in den Bereich des Lichtbogens eingeblasen oder über ein Rückschlagventil in das Blasvolumen 9 eingeleitet wird. Ferner ist es auch möglich, parallel zur Leistungsstrombahn eine Nennstrombahn anzuordnen, um die Nennstromkontakte vor den Einwirkungen des Lichtbogens und etwaiger Kommutierungslichtbogen zu schützen. Eine derartige separate Nennstrombahn ist besonders bei Leistungsschaltern mit vergleichsweise grosser Nennstromtragfähigkeit von Vorteil. Es ist auch möglich, das Kurzschliessen der Blasspule 22 abhängig vom Hub der Löschkammer durchzuführen.
  • Zur Erläuterung der Wirkungsweise werden die Figuren nun näher betrachtet. In der Fig.1 ist die Löschkammer 1 in geschlossenem Zustand dargestellt, der zu unterbrechende Wechselstrom fliesst durch die Leistungsstrombahn, die sich zwischen den beiden Anschlüssen 24 und 27 erstreckt, dieser Strom wird durch die Pfeile 26 und 28 angedeutet. Wenn der Leistungsschalter von einer übergeordneten Anlagenleittechnik oder einem Schutzrelais einen Ausschaltbefehl erhält, so bewegt der Schalterantrieb das bewegliche Kontaktstück 2 in Ausschaltrichtung, in Fig.2 ist diese Richtung mit dem Pfeil 29 angegeben. Sobald das bewegliche Kontaktstück 2 den elektrischen Kontakt mit der Gleitkontaktanordnung 4 verliert, entsteht ein Lichtbogen 30, dessen einer, zunächst kurzzeitig auf der Gleitkontaktanordnung 4 brennender Fusspunkt sehr schnell auf den Laufring 6 kommutiert. Der andere Fusspunkt des Lichtbogens 30 brennt auf dem beweglichen Kontaktstück 2. Nach dem Kommutieren des Lichtbogens 30 auf den Laufring 6 fliesst kein Strom mehr durch die Gleitkontaktanordnung 4. Der gesamte Strom fliesst jetzt vom beweglichen Kontaktstück 2 aus durch den Lichtbogen 30 in den Laufring 6 und von diesem weiter durch die Verbindung 20, die Blasspule 22 und eine elektrisch leitende Verbindung 31 in das feststehende Kontaktstück 3. Durch das Kommutieren wurde demnach ein neuer Strompfad aktiviert, durch den der gesamte abzuschaltende Strom fliesst. Die nun stromdurchflossene Blasspule 22 erzeugt jetzt ein axiales Magnetfeld, welches auf den Lichtbogen 30 einwirkt und diesen um die Achse 5 der Löschkammer 1 herum in Rotation versetzt. Ein Pfeil 32 deutet den Stromfluss durch diesen neuen Strompfad an. Mit der weiteren Bewegung des beweglichen Kontaktstücks 2 in Richtung des Pfeils 29 vergrössert sich der Abstand zwischen dem beweglichen Kontaktstück 2 und dem Laufring 6, wobei gleichzeitig auch der Lichtbogen 30 verlängert wird.
  • Durch die Lichtbogenenergie, die mit der Lichtbogenlänge zunimmt, wird das in dem Bereich des rotierenden Lichtbogens 30 befindliche elektrisch isolierende Gas aufgeheizt, wodurch der Druck in dieser Zone ansteigt. Je stärker das axiale Magnetfeld ist, desto schneller rotiert der Lichtbogen 30 und desto intensiver ist die Aufheizung und damit auch der Druckanstieg des Gases. Das Gas unter Druck strömt in das Blasvolumen 9 ein, der Druck im Blasvolumen 9 steigt ebenfalls an. Ein Teil des so entstandenen Drucks kann jedoch bereits durch die innere Bohrung des feststehenden Kontaktstück 3 abströmen, insbesondere dann, wenn der abzuschaltende Strom einen Nulldurchgang aufweist. Falls das bewegliche Kontaktstück 2 ebenfalls eine zentrale Bohrung aufweist, kann sich auch durch diese bereits eine Gasströmung aufbauen. In der Regel wird dieser Bereich jedoch so ausgebildet, dass ein überwiegender Anteil des druckbeaufschlagten Gases im Blasvolumen 9 gespeichert wird. Dieses dort gespeicherte Gas wird dann für die Beblasung des Lichtbogens 30 verwendet, die dann wirksam einsetzt, wenn der abzuschaltende Strom gegen Null geht.
  • Bei sehr stromstarken Abschaltungen, wenn beispielsweise ein Kurzschluss im Netz abgeschaltet werden muss, oder bei Abschaltungen mit vergleichsweise langen Lichtbogendauern kann es vorkommen, dass der Druck im Blasvolumen 9 einen vorgegebenen maximalen Ansprechwert übersteigt. In diesem Fall werden die Kolben 13 der Kolben-Zylinder-Anordnungen 11, wie in Fig.3 gezeigt, in Richtung eines Pfeils 41 bewegt, da die Druckkräfte im Blasvolumen 9 so gross sind, dass sie die entgegengesetzt gerichtete Kraft der Federn 19 überwinden. Dies hat zur Folge, dass die Kontaktbrücke 16 den Hilfsschalter 15 schliesst, sodass der abzuschaltende Strom von dem Strompfad durch die Blasspule 22 weg auf den Strompfad durch die Verbindungsleitung 23 kommutiert. Nach diesem Kommutieren ist die Blasspule 22 kurzgeschlossen und das axiale Magnetfeld existiert nicht mehr. Das Fehlen des axialen Magnetfelds hat zur Folge, dass der Lichtbogen 30 nicht mehr rotiert, sodass die Intensität der Aufheizung des Gases und damit auch die Intensität der Druckerzeugung kräftig reduziert wird. Dies hat zur Folge, dass der Druck im Blasvolumen 9 nicht weiter ansteigt, sodass die Druckbelastung der Wand 8 des Blasvolumens 9 begrenzt wird. Die Wand 8 braucht deshalb nur für vergleichsweise niedere Drücke ausgelegt werden. Ausserdem können die Abmessungen des Blasvolumens 9 vergleichsweise klein gehalten werden, da keine zusätzliche Volumenreserve benötigt wird, um etwaige zu hohe Drücke aufnehmen zu können.
  • Derartige Leistungsschalter werden in den unterschiedlichsten Netzen und unter völlig voneinander verschiedenen Einsatzbedingungen verwendet. Es ist also durchaus möglich, dass ein vollständiges Kurzschliessen der Blasspule 22 einen zu tiefen Gasdruck im Blasvolumen 9 zur Folge hätte, wodurch das Abschaltvermögen der Löschkammer 1 reduziert würde. In diesem Fall kann die Blasspule 22, wie in Fig.4 gezeigt, mit einem Abgriff 34 versehen werden, sodass beim Schliessen des Hilfsschalters 15 lediglich ein Teil der Blasspule 22 kurzgeschlossen wird. Dies hat zur Folge, dass die erste Windung 21 und die bis zum Abgriff 34 folgenden Windungen wirksam bleiben Das teilweise Kurzschliessen bewirkt in diesem Fall, dass das axiale Magnetfeld etwas abgeschwächt wird, wodurch auch die Rotationsgeschwindigkeit des Lichtbogens 30 und damit auch die Druckerzeugung reduziert wird. Die Anzahl der verbleibenden wirksamen Windungen kann nun so optimiert werden, dass bei den in diesem Fall kritischen Abschaltfällen immer ein hinreichend grosser Blasdruck im Blasvolumen 9 bereitgestellt wird, sodass auch bei längeren Lichtbogendauern im Löschaugenblick eine intensive Beblasung des Lichtbogens 30 gewährleistet ist. Diese Ausführung des Leistungsschalters kann insbesondere in Netzen mit 16 2/3 Hz Netzfrequenz vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Bei der Ausführung gemäss Fig.5 wird der Druck im Blasvolumen 9 mittels des Drucksensors 37 gemessen, elektronisch weiterverarbeitet und gegebenenfalls, wenn ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird, wird der Magnetauslöser 36 betätigt, der ein Schliessen des Hilfsschalters 15 und damit ein Kurzschliessen der Blasspule 22 veranlasst. Diese Ausführung weist ein Minimum an zu wartenden bewegten Teilen auf, sodass ihre betriebliche Verfügbarkeit vorteilhaft gross ist.
  • Es kann sich auch als vorteilhaft erweisen, beispielsweise wenn ein übergeordneter Anlagenschutz einen extrem hohen Kurzschlussstrom feststellt, die Blasspule 22 unabhängig vom Druck im Blasvolumen 9 vorsorglich kurzzuschliessen. In diesem Fall ist mit einem Lichtbogen 30 von solcher Intensität zu rechnen, dass allein die Energie des nicht rotierenden Lichtbogens 30 genügt, um einen hinreichend grossen Blasdruck im Blasvolumen 9 zu erzeugen. Die Steuerleitung 40 in Fig.5 deutet diese, beispielsweise von einem Anlagenschutz ausgelöste, Kurzschliessmöglichkeit an.
  • Bei Vakuumschaltröhren, die insbesondere dazu neigen, kleine induktive Ströme abzureissen, was unerwünscht hohe Überspannungen im Netz zur Folge hat, ist der Einsatz von ganz oder teilweise kurzschliessbaren Blasspulen besonders vorteilhaft, da dadurch das Schaltverhalten dieser Röhren auf einfache Art optimiert werden kann.
    • BEZEICHNUNGSLISTE
    • 1
    Löschkammer
    2
    bewegliches Kontaktstück
    3
    feststehendes Kontaktstück
    4
    Gleitkontaktanordnung
    5
    Achse
    6
    Laufring
    7
    elektrisch isolierende Halterung
    8
    Wand
    9
    Blasvolumen
    10
    Dichtungsring
    11
    Kolben-Zylinder-Anordnung
    12
    Zylinder
    13
    Kolben
    14
    Kolbenstange
    15
    Hilfsschalter
    16
    Kontaktbrücke
    17,18
    Kontakte
    19
    Feder
    20
    Verbindung
    21
    erste Windung
    22
    Blasspule
    23
    Verbindungsleitung
    24
    Anschluss
    25
    Schleifkontakt
    26
    Pfeil
    27
    Anschluss
    28,29
    Pfeil
    30
    Lichtbogen
    31
    Verbindung
    32,33
    Pfeil
    34
    Abgriff
    35
    Verbindung
    36
    Magnetauslöser
    37
    Drucksensor
    38
    Auswerteeinheit
    39,40
    Steuerleitung
    41
    Pfeil

Claims (7)

  1. Leistungsschalter mit mindestens einer eine Leistungsstrombahn aufweisenden und mit einem isolierenden Medium gefüllten Löschkammer (1), mit einem in der Leistungsstrombahn angeordneten beweglichen Kontaktstück (2) und mit einem feststehenden Kontaktstück (3), mit mindestens einer zumindest zeitweise durch Strom beaufschlagten Blasspule (22), mit einem den bei einem Ausschaltvorgang auftretenden, erhöhten DrucK des isolierenden Mediums speichernden Blasvolumen (9), dadurch gekennzeichnet,
    - dass die mindestens eine Blasspule (22) ganz oder teilweise kurzschliessbar ausgebildet ist, und
    - dass Mittel vorgesehen sind, welche dieses Kurzschliessen ermöglichen.
  2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Kurzschliessen abhängig vom Druck des isolierenden Mediums im Blasvolumen (9) erfolgt.
  3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Kurzschliessen erst nach dem Überschreiten eines vorgegebenen Drucks des isolierenden Mediums im Blasvolumen (9) erfolgt.
  4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    - dass als Mittel für das Kurzschliessen mindestens eine durch den Druck des isolierenden Mediums im Blasvolumen (9) beaufschlagte Kolben-Zylinder-Anordnung (11) vorgesehen ist, welche auf einen Hilfsschalter (15) einwirkt.
  5. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Mittel für das Kurzschliessen mindestens einen den Druck des isolierenden Mediums im Blasvolumen (9) messenden Drucksensor (37), eine mit diesem zusammenwirkende Auswerteeinheit (38) und einen durch die Auswerteeinheit (38) betätigten Magnetauslöser (36) umfassen.
  6. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Blasspule (22) unabhängig vom Druck im BlASvolumen (9) kurzschliessbar ist.
  7. Leistungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Kurzschliessen der Blasspule (22) von einem Anlagenschutz ausgelöst werden kann.
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