EP0951042B1 - Leistungsschalter - Google Patents

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EP0951042B1
EP0951042B1 EP99810241A EP99810241A EP0951042B1 EP 0951042 B1 EP0951042 B1 EP 0951042B1 EP 99810241 A EP99810241 A EP 99810241A EP 99810241 A EP99810241 A EP 99810241A EP 0951042 B1 EP0951042 B1 EP 0951042B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
exhaust
pressure chamber
breaker
circuit
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99810241A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0951042A2 (de
EP0951042A3 (de
Inventor
Jorgen Dr. Skindhoj
Bodo Dr. Brühl
Kurt Dr. Kaltenegger
Lorenz Dr. Müller
Lutz Dr. Niemeyer
Thomas Dr. Schoenemann
Lukas Dr. Zehnder
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 Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of EP0951042A2 publication Critical patent/EP0951042A2/de
Publication of EP0951042A3 publication Critical patent/EP0951042A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0951042B1 publication Critical patent/EP0951042B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • 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

Definitions

  • the invention relates to circuit breakers, as used in power plants, substations and other electrical power supply facilities for switching on and off of operating and overcurrents.
  • circuit breakers in which the drawn during a cutoff between the switching pieces arc is extinguished by quenching gas from a pressure volume.
  • the pressure is generated by a piston which is driven simultaneously with the second contact piece by a switching drive or even formed by a part thereof, s. z.
  • the switching drive is exposed to a high load, which requires a generous dimensioning of the same. This of course affects the manufacturing cost of the circuit breaker.
  • a switch according to the preambles of the two independent claims 1 and 6 is known from FR 921.806 A.
  • This switch has a Abbrandschaltan extract with two along a vertical axis relative to each other displaceable switching pieces and a released when opening the Abbrandschaltan Ich and limited by the two switching pieces arc chamber.
  • the arc chamber is connected to an exhaust volume arranged above the arc space via a movable both switching pieces designed as a tube.
  • a communicating with the arc chamber via a plurality of openings pressure chamber which contains an ignitable charge of an explosive substance.
  • the explosive is ignited.
  • formed gas serves to drive the movable contact piece and the blowing of a switching arc located in the arc zone.
  • an electrical switch is described with two mutually displaceable in the vertical direction switching pieces, of which an upper comprises a pressure chamber.
  • the underlying movable contact piece is inserted in the on position of the switch with its free end in the manner of a piston in the pressure chamber.
  • To open an explosive material is ignited in the pressure chamber.
  • formed pressure gases drive the piston-like contact piece down.
  • a switching arc formed between the two contact pieces is blown with a pressure gas flow guided transversely to the direction of movement of the piston-like contact piece.
  • Switching devices are also known from EP-B-0 548 390 and US Pat. No. 4,617,436, in which charges of explosive are used in the switching drive, which are ignited to trigger a disconnection.
  • the resulting gas in the explosion acts on a piston, which is in operative connection with a movable contact piece and it drives the same under the action of the gas pressure in the off position.
  • the gases produced during the explosion are kept away from the contact pieces and are not used for the blowing out of any arc drawn between them.
  • the present invention seeks to improve generic circuit breakers such that the arc is exposed to a strong quenching gas flow, ohrie that this leads to an additional burden on the switching drive.
  • the burnup circuit arrangement of a circuit breaker according to a first embodiment of the invention shown schematically in the closed position in FIG. 1 has a fixed first contact piece, which is designed as a contact tulip 1 with resilient contact fingers surrounding a switching axis 2.
  • a switching pin 3 is provided, which can be moved along the switching axis 2 between the illustrated closed position and a switch-off, in which he is behind him in the closed position contacting sliding tulip 4, adjustable.
  • an arc chamber 5 which is taken in the closed position by the switching pin 3 and is surrounded on all sides by a pressure chamber 6.
  • the arc chamber 5 and the pressure chamber 6 are connected via an annular blow opening 7.
  • a first exhaust volume 8a and ausschaltmen a second exhaust volume 8b, which are connected in the off position by surrounded by the contact tulip 1 and the idler 4 exhausts 9a, 9b with the same, while they are closed in the off position by the switching pin 3.
  • the circuit breaker may also have rated current contacts, not shown, which are separated at a turn-off in each case before the switching pieces of Abbrandcardan ever.
  • a charge 10 of an explosive material is arranged, which fills the same part and which is ignited at least under certain circumstances in a turn-off. It may also be provided a plurality of distributed over the circumference of the pressure chamber 6 charges.
  • the charge 10 can in any case be pressed in tablet form or else like a cartridge with pulverulent explosive filled in a housing. This can have a wide variety of compositions. However, it should be implemented in its explosion in reaction products that are at least predominantly suitable for arc quenching. In order to avoid environmental pollution is preferred as quenching gas nitrogen.
  • Suitable for use in switches according to the invention suitable for the environment harmless explosives whose reaction products have a high proportion of nitrogen, especially of so-called airbags, which are widely used as safety devices in motor vehicles, known and also for use in inventive Switches suitable.
  • An example is 21NaN 3 + KNO 3 + 4Fe 2 O 3 + 2.5SiO 2 , which in the explosion is converted into 10.5Na 2 O + 0.5K 2 O + 4Fe + 2.5SiO 2 + 4FeO + 32N 2 .
  • This explosive contains no halogens and is otherwise environmentally friendly, so that the exhaust volumes 8a, b can be open.
  • a suitable explosive is a mixture of 71.6% SrNiO 3 , 3.77% V6MO15O60, 3% paraffin, 21.6% guanidine-5,5'-azotetrazolate, which is prepared in 8.2% CO 2 , 31 , 1% H 2 O, 43.7% N 2 and 15.6% SrCO 3 .
  • the charge 10 is ignited, whereupon the explosive contained in the same in a very short time - about 10 to 30 ms, usually at most 50 ms - is converted into gas, which has a high proportion of quenching gas - above example nitrogen - contains.
  • the gas yield is usually at least 0.2 l / g, normally 0.5 to 1 l / g, so that in the pressure chamber 6, a high pressure is built up very quickly, which then in a strong Gas flow from the pressure chamber 6 via the arc chamber 5 and the two exhausts 9a, b in the two exhaust volumes 8a, b discharges.
  • the arc is intensely blown and erased.
  • the ignition of the same can also be triggered by a separate ignition device, which responds to suitable criteria. This offers the possibility of triggering an ignition only if the current exceeds a certain threshold, z. B. 10 times the rated current, if below the threshold a blowing is not necessary or a weak, sufficient for low fault currents blowing by other means is provided. Ignition of charge 10, which requires recharging, can be limited to those cases where it is really necessary.
  • Another possibility, with which a complicated recharging mechanism can be avoided, is a layering of the charges of the explosive.
  • a circuit breaker according to the invention can also be connected in series with a conventional circuit breaker designed for low fault currents, which takes over the interruption of the same up to a certain current intensity, while switching off the inventive circuit breaker is only triggered when a higher fault current occurs.
  • the burnup circuit arrangement of a circuit breaker according to the invention shown schematically in FIG. 2, according to a second embodiment corresponds in its basic structure to that according to the first embodiment. In that regard, reference is made to the description of the latter. However, it has in addition several ausschaltjan matter to the pressure chamber 6 subsequent, the switching axis 2 surrounding and parallel to the same cylinder 11, in which fixedly connected to the switching pin 3 piston 12 are slidably disposed.
  • the pressure build-up in the pressure chamber 6 also has the effect that the pistons 12 in the cylinders 11 are acted upon by a force acting in the disconnection direction. This causes or supports the switch-off movement of the switching pin 3.
  • the ignition of the charge 10 continue to be the top described possibilities. It can first be moved by a mechanical drive the switching pin 3 so far against the open position until an arc forms, which is sufficient for the triggering of the ignition. The force acting on the piston 12 then supports only part of the switch-off. In addition, the ignition can be triggered elsewhere, for. B. when the switching pin 3 is still in the closed position. The onset of pressure then leads from the beginning to a force acting on the piston 12 force, which supports the entire turn-off or even sufficiently causes sufficient dimensioning of cylinders, pistons and charge, so that can be completely dispensed with a mechanical switching drive.
  • the burn-up circuit arrangement of a circuit breaker according to the invention again corresponds in essential features to that according to the first embodiment.
  • only one Ausschalt note arranged, connected to the arc chamber via an exhaust 9 exhaust volume 8 is present, while Einschalt note the arc chamber 5 and connected to the same via a surrounded by the contact tulip 1 round blow opening 7, a pressure chamber 6 is arranged with a charge 10.
  • the closed position of the switching pin fills the exhaust 9 and with its tip and the lower part of the blow opening 7 in cross section completely.
  • the arc chamber 5 is surrounded by an annular heating volume 13, which is open against the same.
  • the pressure chamber can each be relatively small and completely filled by the charge.
  • the burn-off circuit arrangement according to the third embodiment can be dispensed with the heating volume, if the charge is so dimensioned that the extinguishing gas flow generated during the ignition of the same certainly sufficient for the extinction of the arc.
  • Mechanical devices for automatically replacing spent cargoes with new ones may also be provided, such as e.g. B. from US-A-4,617,436 is known.
  • a simple mechanical drive can be provided or, if with the inventive circuit breaker another switch or disconnector is in series, a return spring, which brings the switching pin after switching off immediately in closed position.

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Leistungsschalter, wie sie in Kraftwerken, Umspannwerken und anderen Einrichtungen der Elektroenergieversorgung zum Ein- und Ausschalten von Betriebs- und Ueberströmen eingesetzt werden.
    • Stand der Technik
  • Es sind seit langem Leistungsschalter bekannt, bei denen der bei einer Ausschaltung zwischen den Schaltstücken gezogene Lichtbogen durch Löschgas aus einem Druckvolumen gelöscht wird. Der Druck wird dabei durch einen Kolben erzeugt, der gleichzeitig mit dem zweiten Schaltstück durch einen Schaltantrieb angetrieben wird oder sogar durch einen Teil desselben gebildet wird, s. z. B. DE-A-196 13 568. Dadurch wird jedoch der Schaltantrieb einer hohen Belastung ausgesetzt, die eine grosszügige Dimensionierung desselben erfordert. Dies wirkt sich natürlich auf die Herstellungskosten des Leistungsschalters aus.
  • Ein Schalter nach den Oberbegriffen der beiden unabhängigen Patentansprüche 1 und 6 ist aus FR 921.806 A bekannt. Dieser Schalter weist eine Abbrandschaltanordnung auf mit zwei längs einer vertikalen Achse relativ zueinander verschiebbaren Schaltstücken sowie einen beim Öffnen der Abbrandschaltanordnung freigegebenen und von den beiden Schaltstücken begrenzten Lichtbogenraum. Der Lichtbogenraum ist beim Ausschalten über ein als Rohr ausgebildetes, bewegliches beider Schaltstücke mit einem oberhalb des Lichtbogenraums angeordneten Auspuffvolumen verbunden.
  • Unterhalb des Lichtbogenraums ist eine mit der Lichtbogenkammer über mehrere Öffnungen kommunizierende Druckkammer angeordnet, welche eine zündbare Ladung eines Explosivstoffs enthält. Zum Öffnen dieses Schalters wird der Explosivstoff gezündet. Hierbei gebildetes Gas dient dem Antrieb des beweglichen Schaltstücks und der Beblasung eines in der Lichtbogenzone befindlichen Schaltlichtbogens.
  • In GB 742,727 A ist ein elektrischer Schalter beschrieben mit zwei in vertikaler Richtung gegeneinander verschiebbaren Schaltstücken, von denen ein oberes einen Druckraum umfasst. Das darunterliegende bewegliche Schaltstück ist in der Einschaltposition des Schalters mit seinem freien Ende nach Art eines Kolbens in den Druckraum eingeführt. Zum Öffnen wird im Druckraum ein Explosionsstoff gezündet. Hierbei gebildete Druckgase treiben das kolbenartige Schaltstück nach unten. Ein hierbei zwischen den beiden Schaltstücken gebildeter Schaltlichtbogen wird mit einer quer zur Bewegungsrichtung des kolbenartigen Schaltstücks geführten Druckgasströmung beblasen.
  • Aus der EP-B-0 548 390 und der US-A-4 617 436 sind auch Schalteinrichtungen bekannt, bei welchen im Schaltantrieb Ladungen von Explosivstoff eingesetzt werden, die zur Auslösung einer Ausschaltung gezündet werden. Das bei der Explosion entstehende Gas wirkt auf einen Kolben ein, der mit einem beweglichen Schaltstück in Wirkverbindung steht und dasselbe unter der Einwirkung des Gasdrucks in die Ausschaltstellung treibt. Die bei der Explosion entstehenden Gase werden jedoch von den Schaltstücken ferngehalten und nicht für die Beblasung eines allfällig zwischen denselben gezogenen Lichtbogens genutzt.
  • Es sind auch Sicherungen bekannt, bei denen eine elektrische Verbindung durch die Explosion einer Sprengladung aufgetrennt wird. In der DE-A-35 37 314 etwa ist eine solche Sicherung beschrieben mit einem rohrförmigen, mittig eingeschnürten und von einer Druckkammer umgebenen Brückenleiter, an dessen Aussenseite in der Druckkammer eine Sprengladung umlaufend angebracht ist. Die Druckkammer ist mit einem Material ausgekleidet, das nach Zündung der Sprengladung und Aufsprengung des Brückenleiters unter dem Einfluss eines sich bildenden Lichtbogens elektronegatives Gas abgibt, das zusammen mit den durch die Explosion erzeugten Gasen ein unter hohem Druck stehendes Löschgas bildet, das unter Beblasung des Lichtbogens in einen Expansionsraum abströmt. Die Verwendung von Löschgas bildenden Pulvern in Sicherungen ist ausserdem aus der EP-A-0 657 910 und der EP-A-0 641 005 bekannt.
  • Sicherungen müssen jedoch nach einer einzigen Ausschaltung mindestens teilweise ersetzt werden. Bei der in der DE-A-35 37 314 beschriebenen werden nicht nur die Sprengladung verbraucht und der Brückenleiter zerstört, das Löschgas wird zudem wesentlich durch die Einwirkung des Lichtbogens auf die Auskleidung der Druckkammer erzeugt, die dabei ebenfalls aufgebraucht wird. Ausserdem dürfte sich zwischen der Entstehung der unter hohem Druck stehenden Explosionsgase und der vor allem durch sie ausgelösten Strömung und der erst durch den Lichtbogen ausgelösten Abgabe elektronegativen Gases eine zeitliche Verzögerung ergeben, die einer wirksamen Beblasung nicht förderlich ist.
    • Darstellung der Erfindung
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gattungsgemässe Leistungsschalter derart zu verbessern, dass der Lichtbogen einer starken Löschgasströmung ausgesetzt wird, ohrie dass dies zu einer zusätzlichen Belastung des Schaltantriebs führt.
  • Dies wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der beiden unabhängigen Ansprüche 1 und 6 erreicht, welche sicherstellen, dass der Lichtbogen auch ohne den Einsatz mechanischer Mittel einer starken Löschgasströmung ausgesetzt wird. Bei geeigneten Weiterbildungen des erfindungsgemässen Leistungsschalters wird der Schaltantrieb nicht nur entlastet, sondern auch unterstützt und kann entsprechend klein dimensioniert werden, was den Leistungsschalter wesentlich verbilligt. Unter Umständen kann der Schaltantrieb sogar ganz entfallen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt, die lediglich der Erläuterung der Erfindung dienen. Es zeigen
    • Fig. 1
    schematisch einen teilweisen axialen Längsschnitt: durch die Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
    Fig. 2
    schematisch einen teilweisen axialen Längsschnitt durch die Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
    Fig. 3
    schematisch einen teilweisen axialen Längsschnitt durch die Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Die in Fig. 1 schematisch in der Einschaltstellung dargestellte Abbrandschaltanordnung eines Leistungsschalters gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist ein feststehendes erstes Schaltstück auf, welches als Kontakttulpe 1 mit federnden Kontaktfingern ausgebildet ist, die eine Schaltachse 2 umgibt. Als bewegliches zweites Schaltstück ist ein Schaltstift 3 vorgesehen, der längs der Schaltachse 2 zwischen der dargestellten Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung, in der er hinter eine ihn in der Einschaltstellung kontaktierende Gleittulpe 4 zurückgezogen ist, umstellbar ist. Zwischen der Kontakttulpe 1 und der Gleittulpe 4 liegt ein Lichtbogenraum 5, der in der Einschaltstellung vom Schaltstift 3 eingenommen wird und allseitig von einem Druckraum 6 umgeben ist. Der Lichtbogenraum 5 und der Druckraum 6 sind über eine ringförmige Blasöffnung 7 verbunden. In Richtung der Schaltachse 2 schliessen an den Lichtbogenraum 5 einschaltseitig ein erstes Auspuffvolumen 8a und ausschaltseitig ein zweites Auspuffvolumen 8b an, die in der Ausschaltstellung durch von der Kontakttulpe 1 bzw. der Gleittulpe 4 umgebene Auspuffe 9a, 9b mit demselben verbunden sind, während sie in der Ausschaltstellung durch den Schaltstift 3 verschlossen sind. Der Leistungsschalter kann ausserdem nicht dargestellte Nennstromkontakte aufweisen, welche bei einer Ausschaltung jeweils vor den Schaltstücken der Abbrandkontaktanordnung getrennt werden.
  • An der Aussenwand des Druckraums 6 ist eine Ladung 10 eines Explosivstoffs angeordnet, die denselben zum Teil ausfüllt und die mindestens unter bestimmten Umständen bei einer Ausschaltung gezündet wird. Es kann auch eine Mehrzahl von über den Umfang des Druckraums 6 verteilten Ladungen vorgesehen sein. Die Ladung 10 kann jedenfalls gepresst in Tablettenform vorliegen oder auch patronenartig mit in einem Gehäuse abgefülltem pulverigem Explosivstoff. Dieser kann die verschiedensten Zusammensetzungen aufweisen. Er sollte allerdings bei seiner Explosion in Reaktionsprodukte umgesetzt werden, die mindestens überwiegend zur Lichtbogenlöschung geeignet sind. Zwecks Vermeidung von Umweltbelastungen wird dabei als Löschgas Stickstoff bevorzugt.
  • Zum Einsatz in erfindungsgemässen Schaltern geeignete für die Umwelt unschädliche Explosivstoffe, deren Reaktionsprodukte einen hohen Anteil an Stickstoff aufweisen, sind vor allem von sogenannten airbags, die als Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen weit verbreitet sind, bekannt und auch zum Einsatz in erfindungsgemässen Schaltern geeignet. Ein Beispiel ist 21NaN3 + KNO3 + 4Fe2O3 + 2,5SiO2, das bei der Explosion in 10,5Na2O + 0,5K2O + 4Fe + 2,5SiO2 + 4FeO + 32N2 umgesetzt wird. Dieser Explosivstoff enthält keine Halogene und ist auch sonst umweltfreundlich, so dass die Auspuffvolumina 8a,b auch offen sein können. Ein weiteres Beispiel eines geeigneten Explosivstoffs ist eine Mischung von 71,6% SrNiO3, 3,77% V6MO15O60, 3% Paraffin, 21,6% Guanidin-5,5'-Azotetrazolat, das in 8,2% CO2, 31,1% H2O, 43,7% N2 und 15,6% SrCO3 umgesetzt wird.
  • Bei einer Ausschaltung wird der Schaltstift 3 durch einen nicht dargestellten Schaltantrieb nach unten bewegt, wobei er den Auspuff 9a, der den Lichtbogenraum 5 mit dem ersten Auspuffvolumen 8a verbindet, freigibt. Zwischen dem Schaltstift 3 und der Kontakttulpe 1 wird dabei ein Lichtbogen gezogen, der, wenn die Spitze des Schaltstifts 3 die Gleittulpe 4 passiert, auf dieselbe kommutiert, so dass er zwischen der Kontakttulpe 1 und der Gleittulpe 4 brennt. Der Schaltstift 3 wird weiter nach unten bewegt, bis er den Auspuff 9b zwischen dem Lichtbogenraum 5 und dem zweiten Auspuffvolumen 8b freigibt.
  • Durch Temperatur und Druck des Lichtbogens wird nun die Ladung 10 gezündet, worauf der in derselben enthaltene Explosivstoff in sehr kurzer Zeit - ca. 10 bis 30 ms, normalerweise jedenfalls höchstens 50 ms - in Gas umgesetzt wird, das einen hohen Anteil an Löschgas - im oben angeführten Beispiel Stickstoff - enthält. Die Gasausbeute liegt gewöhnlich bei mindestens 0,2 l/g, normalerweise bei 0,5 bis 1 l/g, so dass im Druckraum 6 sehr rasch ein hoher Druck aufgebaut wird, der sich dann in einer starken Gasströmung vom Druckraum 6 über den Lichtbogenraum 5 und die beiden Auspuffe 9a,b in die beiden Auspuffvolumina 8a,b entlädt. Der Lichtbogen wird dabei intensiv beblasen und gelöscht.
  • Statt durch direkte Einwirkung des Lichtbogens auf die Ladung 10 kann die Zündung derselben auch durch eine separate Zündvorrichtung ausgelöst werden, die auf geeignete Kriterien anspricht. Dies bietet die Möglichkeit, eine Zündung etwa nur dann auszulösen, wenn die Stromstärke eine bestimmte Schwelle überschreitet, z. B. 10-fachen Nennstrom erreicht, falls unterhalb der Schwelle eine Beblasung nicht nötig ist oder eine schwache, für niedrige Fehlerströme ausreichende Beblasung durch andere Mittel vorgesehen ist. Eine Zündung der Ladung 10, die ja ein Nachladen erforderlich macht, kann so auf diejenigen Fälle beschränkt werden, in denen sie wirklich nötig ist.
  • Eine weitere Möglichkeit, mit welcher ein aufwendiger Nachlademechanismus vermieden werden kann,ist eine schichtweise Konfektionierung der Ladungen des Explosivstoffs. Zwischen den einzelnen Schichten des Explosivstoffs sind Schichten eines elektrisch isolierenden Materials definierter Stärke zur räumlichen Trennung derselben vorgesehen. Unter der Einwirkung eines Lichtbogens verdampft jeweils die oberste Schicht des isolierenden Materials und gibt so die nächste Schicht des Explosivstoffs frei, die dann gezündet wird und gasbildend abbrennt. Diese Zündung erfolgt in der Regel durch den Lichtbogen, es sind jedoch auch andere Zündmechanismen vorstellbar. Bei einem besonders stromstarken und lange brennenden Lichtbogen können nacheinander mehrere Schichten abdampfen und abbrennen. Diese Anordnung des Explosivstoffs hat den besonderen Vorteil, dass die Gaserzeugung über einen grösseren Zeitraum verteilt wird, sodass eine besonders intensive und lange dauernde Beblasung des Lichtbogens erreicht wird.
  • Daneben kann ein erfindungsgemässer Leistungsschalter auch mit einem konventionellen, auf niedrige Fehlerströme ausgelegten Leistungsschalter in Reihe gelegt werden, der die Unterbrechung derselben bis zu einer bestimmten Stromstärke übernimmt, während eine Ausschaltung des erfindungsgemässen Leistungsschalters nur dann ausgelöst wird, wenn ein höherer Fehlerstrom auftritt.
  • Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Abbrandschaltanordnung eines erfindungsgemässen Leistungsschalters gemäss einer zweiten Ausführungsform entspricht in seinem grundsätzlichen Aufbau demjenigen gemäss der ersten Ausführungsform. Insoweit wird auf die Beschreibung des letzteren verwiesen. Er weist jedoch zusätzlich mehrere ausschaltseitig an den Druckraum 6 anschliessende, die Schaltachse 2 umgebende und zu derselben parallele Zylinder 11 auf, in welchen mit dem Schaltstift 3 fest verbundene Kolben 12 verschieblich angeordnet sind.
  • Bei Zündung der Ladung 10 wirkt sich der Druckaufbau im Druckraum 6 auch dahingehend aus, dass die Kolben 12 in den Zylindern 11 mit einer in Ausschaltrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt werden. Dies bewirkt oder unterstützt die Ausschaltbewegung des Schaltstiftes 3. Bezüglich der Zündung der Ladung 10 bestehen dabei weiterhin die oben beschriebenen Möglichkeiten. Es kann zuerst durch einen mechanischen Antrieb der Schaltstift 3 so weit gegen die Ausschaltstellung bewegt werden, bis sich ein Lichtbogen bildet, der für die Auslösung der Zündung ausreicht. Die auf die Kolben 12 wirkende Kraft unterstützt dann nur einen Teil der Ausschaltbewegung. Daneben kann die Zündung auch anderweitig ausgelöst werden, z. B. wenn sich der Schaltstift 3 noch in der Einschaltstellung befindet. Der einsetzende Druckaufbau führt dann von Anfang an zu einer auf die Kolben 12 wirkenden Kraft, welche die gesamte Ausschaltbewegung unterstützt oder bei ausreichender Dimensionierung von Zylindern, Kolben und Ladung sogar allein bewirkt, sodass auf einen mechanischen Schaltantrieb ganz verzichtet werden kann.
  • Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Abbrandschaltanordnung eines erfindungsgemässen Leistungsschalters gemäss einer dritten Ausführungsform entspricht wiederum in wesentlichen Zügen demjenigen gemäss der ersten Ausführungsform. Doch ist lediglich ein ausschaltseitig angeordnetes, mit dem Lichtbogenraum über einen Auspuff 9 verbundenes Auspuffvolumen 8 vorhanden, während einschaltseitig des Lichtbogenraums 5 und mit demselben über eine von der Kontakttulpe 1 umgebene runde Blasöffnung 7 verbunden, ein Druckraum 6 mit einer Ladung 10 angeordnet ist. In der Einschaltstellung füllt der Schaltstift den Auspuff 9 und mit seiner Spitze auch den unteren Teil der Blasöffnung 7 im Querschnitt vollständig aus. Der Lichtbogenraum 5 ist von einem ringförmigen Heizvolumen 13 umgeben, das gegen denselben offen ist.
  • Zur Auslösung einer Ausschaltung wird, wiederum beispielsweise dann, wenn ein Fehlerstrom auftritt, der eine bestimmte Schwelle überschreitet, die Ladung 10 gezündet. Dies führt wiederum zu einem raschen Druckaufbau im Druckraum 6, welche den Schaltstift 3, der hier zugleich als Kolben wirkt, mit einer in Ausschaltrichtung wirkenden Kraft beaufschlagt. Er wird dadurch gegen die Ausschaltrichtung bewegt und aus der Kontakttulpe 1 gedrückt, wobei er einen Lichtbogen zieht. Durch das in den Lichtbogenraum 5 nachströmende Löschgas wird dieser Lichtbogen von vornherein stark beblasen, doch wird dies in der Regel für eine Löschung noch nicht genügen. Das Löschgas strömt in das Heizvolumen 13, wo es durch den Lichtbogen stark aufgeheizt wird und der Druck entsprechend ansteigt. Nachdem der Schaltstift 3 auch den Auspuff 9 zum Auspuffvolumen 8 freigegeben hat, entlädt sich, insbesondere bei einem Nulldurchgang, der im Heizvolumen 13 herrschende Druck durch eine starke Gasströmung über den Lichtbogenraum 5 und den Auspuff 9 in das Auspuffvolumen 8, z. T. auch durch die Blasöffnung 7 in das Druckvolumen 6. Dadurch wird der Lichtbogen kräftig beblasen und gelöscht.
  • Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen der beschriebenen Ausführungen möglich. So können etwa mehrere Druckräume mit Ladungen vorgesehen sein, die z. B. in vorgesehenen zeitlichen Abständen oder auch in Abhängigkeit von der Position des Schaltstiftes gezündet werden. Wie bereits angedeutet, ist auch eine Kombination mit einer konventionellen Vorrichtung zur Beblasung möglich, die etwa bei geringeren Stromstärken genügt und eine Zündung von Ladungen nur bei grossen Fehlerströmen erforderlich macht.
  • Der Druckraum kann jeweils auch verhältnismässig klein und von der Ladung vollständig ausgefüllt sein. Bei der Abbrandschaltanordnung gemäss der dritten Ausführungsform kann auf das Heizvolumen verzichtet werden, falls die Ladung so bemessen ist, dass die bei der Zündung derselben erzeugte Löschgasströmung für die Löschung des Lichtbogens sicher ausreicht.
  • Es können auch mechanische Vorrichtungen zum automatischen Ersetzen verbrauchter Ladungen durch neue vorgesehen werden, wie dies z. B. aus der US-A-4 617 436 bekannt ist. Zur Einschaltung kann ein einfacher mechanischer Antrieb vorgesehen sein oder, wenn mit dem erfindungsgemässen Leistungsschalter ein weiterer Schalter oder Trenner in Reihe liegt, eine Rückstellfeder, die den Schaltstift nach einer Ausschaltung gleich wieder in Einschaltstellung bringt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kontakttulpe
    2
    Schaltachse
    3
    Schaltstift
    4
    Gleittulpe
    5
    Lichtbogenraum
    6
    Druckraum
    7
    Blasöffnung
    8; 8a,b
    Auspuffvolumina
    9; 9a,b
    Auspuffe
    10
    Ladung
    11
    Zylinder
    12
    Kolben
    13
    Heizvolumen

Claims (7)

  1. Leistungsschalter mit mindestens einer Abbrandschaltanordnung, welche ein erstes Schaltstück und ein relativ zu demselben längs einer Schaltachse (2) zwischen einer Einschaltstellung, in welcher es das erste Schaltstück berührt und einer Ausschaltstellung, in welcher es von demselben in axialer Richtung beabstandet ist und einen zwischen den Schaltstücken liegenden Lichtbogenraum (5) freigibt, umstellbares zweites Schaltstück umfasst, mit mindestens einem Auspuff (9a, 9b), über welchen der Lichtbogenraum mit mindestens einem Auspuffvolumen (8a, 8b) verbunden ist sowie mit mindestens einem Druckraum (6), welcher über den Lichtbogenraum (5) mit dem mindestens einen Auspuff (9a, 9b) verbunden ist, wobei im mindestens einen Druckraum (6) mindestens eine bei einer Ausschaltung zündbare Ladung (10) eines Explosivstoffs angeordnet ist, welcher bei der Explosion mindestens zum Teil in Löschgas umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckraum (6) den Lichtbogenraum (5) ringförmig umgibt und eine gegen denselben gerichtete Blasöffnung (7) aufweist.
  2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ladung (10) innerhalb von höchstens 50 ms nach der Zündung abbrennt.
  3. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Explosivstoff zu mindestens 0,2 l/g in Gas umgesetzt wird.
  4. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschgas mindestens überwiegend aus Stickstoff besteht.
  5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Druckraum (6) von der mindestens einen Ladung (10) nur zum Teil ausgefüllt wird.
  6. Leistungsschalter mit mindestens einer Abbrandschaltanordnung, welche ein erstes Schaltstück und ein relativ zu demselben längs einer Schaltachse (2) zwischen einer Einschaltstellung, in welcher es das erste Schaltstück berührt und einer Ausschaltstellung, in welcher es von demselben in axialer Richtung beabstandet ist und einen zwischen den Schaltstücken liegenden Lichtbogenraum (5) freigibt, umstellbares zweites Schaltstück umfasst, mit mindestens einem Auspuff (9), über welchen der Lichtbogenraum mit mindestens einem Auspuffvolumen (8) verbunden ist sowie mit mindestens einem Druckraum (6), welcher über den Lichtbogenraum (5) mit dem mindestens einen Auspuff (9) verbunden ist, wobei im mindestens einen Druckraum (6) mindestens eine bei einer Ausschaltung zündbare Ladung (10) eines Explosivstoffs angeordnet ist, welcher bei Explosion mindestens zum Teil in Löschgas umgesetzt wird, und wobei der mindestens eine Druckraum (6) in Einschaltrichtung und das mindestens eine Auspuffvolumen (8) in Ausschaltrichtung an den Lichtbogenraum (5) anschliessend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenraum (5) von einem gegen den Lichtbogenraum (5) offenen, ringförmigen Heizvolumen (13) umgeben ist, und dass das zweite Schaltstück als Schaltstift (3) ausgebildet ist, der zugleich als Kolben wirkt, indem seine Spitze im Einschaltzustand in eine Blasöffnung (7), welche den Lichtbogenraum (5) mit dem mindestens einem Druckraum (6) verbindet, ragt und deren Querschnitt mindestens annähernd ausfüllt.
  7. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zündbare Ladung (10) schichtweise aufgebaut ist, wobei zwischen den einzelnen Schichten verdampfbares elektrisch isolierendes Material vorgesehen ist.
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