CH643394A5

CH643394A5 - Gasschalter.

Info

Publication number: CH643394A5
Application number: CH964679A
Authority: CH
Inventors: Akio Kobayashi; Yasuo Ozaki; Sunao Rikitake
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE2943386A1; US4467158A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gasschalter, aufweisend ein mit einem Löschgas gefülltes Gehäuse, einen stangenförmig ausgebildeten feststehenden Löschkontaktteil, der fest im Gehäuse angeordnet und an eine erste Schiene angeschlossen ist, einen feststehenden Kolben, der mit dem feststehenden Löschkontaktteil ausgerichtet und mit einer zweiten Schiene verbunden ist, einen beweglichen Zylinder,in welchem der feststehende Kolben eingesetzt und welcher Zylinder entlang dem Kolben hin- und herbewegbar ist, eine Antriebsvorrichtung zur Hin- und Herbewegung des Zylinders, einen beweglichen Löschkontaktteil, der konzentrisch zum feststehenden Löschkontaktteil an einem Ende des Zylinders, das dem feststehenden Löschkontaktteil gegenüberliegt, angeordnet ist, wobei beide Kontaktteile durch den Zylinder, der auf dem feststehenden Löschkontakt gleitet, miteinander in Kontakt und ausser Kontakt bringbar sind, und eine Führungseinrichtung, um ein in den Zylinder vorhandenes Löschgas gegen einen Lichtbogen zu blasen, der zwischen dem feststehenden und beweglichen Kontaktteil gezogen wird, wenn beide Kontaktteile geöffnet werden, um den Lichtbogen auszublasen.

Heute werden Gasschalter dazu verwendet, grosse Ströme in kurzer Zeit und zuverlässig abzuschalten. Bei bekannten Gasschaltern (Fig. 1) ist ein beweglicher Löschkontaktteil 1, der aus einer Mehrzahl von Kontaktfingern 2, die ringförmig ausgebildet und von einer Düse 3 aus Isoliermaterial umschlossen sind, am vorderen Ende eines beweglichen Zylinders 4 in den ein feststehender Kolben 5 eingeführt ist, befestigt. Ein feststehender Löschkontaktteil 6 ist konzentrisch zum beweglichen Löschkontaktteil 1 angeordnet. Lichtbogenbeständige Abschnitte 7, 8 aus einem lichtbogenbeständigen Material sind an den Innenwänden der vorderen Abschnitte der Kontaktfinger 2 und dem den Innenwänden der Kontaktfinger 2 gegenüberliegenden Abschnitt ausgebildet. Wird ein bekannter Gasschalter aus dem geschlossenen Zustand (mit gestrichelten Linien dargestellt) in den offenen Zustand (mit durchgezogenen Linien dargestellt) geschaltet, werden die Abschnitte der Kontaktfinger 2 und des feststehenden Löschkontaktes 6 mit den lichtbogenbeständigen Abschnitten 7, 8 vor Beschädigung durch Hitze geschützt, wenn sie dem zwischen den beiden Löschkontaktteilen 1,6 gezogenen Lichtbogen mit hohem Strom ausgesetzt sind.

In den letzten Jahren stieg der Strombereich für Gasschalter nach und nach an und zwar von 40 kA auf 50 kA, von 50 kA auf 63 kA und von 63 kA auf 80 kA. Daraus ergibt sich, dass der Lichtbogen bei Durchgang eines Löschgases sehr stark im Durchmesser und der Energie ansteigt, was zu Verlust der Abschalteigenschaften und bei der Lebensdauer der verschiedenen Kontaktteile führt. Die Herstellerpraxis, um solche Nachteile zu beheben, besteht darin, die Kraft zum Ziehen des Zylinders des Gasschalters und/oder den Durchmesser des Zylinders so zu vergrössern, dass das Löschgas im Zylinder stärker komprimiert wird, um den Lichtbogen besser ausblasen zu können. Dies hat jedoch die Nachteile, dass der zwischen den beweglichen und feststehenden Kontaktteilen gezogene Lichtbogen 9 bis hinter dem lichtbogenbeständigen Abschnitt des feststehenden Löschkontaktteiles 6 verlängert wird und sich bis hinter den lichtbogenbeständigen Abschnitt 8 erstreckt und den nicht durch lichtbogenbeständiges Material geschützten, neben dem Abschnitt 8 liegenden Abschnitt des feststehenden Löschkontaktteiles 6 erreicht. Wenn deshalb die Abschaltung durch die Lichtbogenströme oftmals wiederholt wird, werden die vorderen Stirnflächen der Kontaktfinger 2 durch die Lichtbögen in einer Form beschädigt, wie sie in der Einzelheit A mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Somit steht die scharfe Kante 11 des lichtbogenbeständigen Abschnittes 7 an der Stirnfläche der Kontaktfinger 2 vor. Da der Gradient der Spannung in der Nähe der scharfen Kante 11 des Kontaktfingers 2 hoch wird, wird zwischen dem feststehenden Löschkontaktteil und der scharfen Kante 11 der Kontaktfinger 2 wegen, der unmittelbar nach dem Stromunterbruch erzeugten Wiederzündspannung wieder ein Lichtbogen geschlagen. Der.bekannte Schalter hat deshalb den Nachteil, dass er seine Abschalteigenschaften verliert.

Weitere Nachteile der bekannten Gasschalter sind, dass

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der Bereich des feststehenden Löschkontaktteiles 6, der neben dem lichtbogenbeständigen Abschnitt 8 liegt, durch den Lichtbogen beschädigt wird und im Durchmesser abnimmt, wie das mit der Bezugsziffer 12 in der Einzelheit B dargestellt ist, weil der lichtbogenbeständige Abschnitt 8 nur am vorderen Ende des feststehenden Löschkontaktteiles 6 ausgebildet ist. Deshalb wird bei bekannten Gasschaltern der Kontaktdruck zwischen dem beweglichen Löschkontaktteil 1 und dem feststehenden Löschkontaktteil 6 verringert, was zu einer nicht zufriedenstellenden Stromleitung führt. Das führt dazu, dass ein Lichtbogen zwischen dem beweglichen Löschkontaktteil 1 und dem feststehenden Kontaktteil 6 geschlagen wird und der Bereich 12 des feststehenden Löschkontaktteiles 6 durch den Lichtbogen, in dem er im Durchmesser abnimmt, beschädigt wird, bevor die Kontakte 1, 6 die Öffnungspunkte erreichen.

Werden Hauptkontakte vorgesehen, wird der Teil 12 des feststehenden Löschkontaktteiles 6 durch den Lichtbogen, der beim Öffnen zwischen den Hauptkontakten gezogen wird, beschädigt und dadurch im Durchmesser verringert. Da in diesem Fall das Löschgas nicht gegen den so gezogenen Lichtbogen geblasen wird, hat der bekannte Gasschalter den Nachteil, dass die Abschaltleistung gering ist.

Ziel der Erfindung ist, es einen Gasschalter zu schaffen, bei dem die angegebenen Nachteile nicht auftreten und bei dem eine zuverlässige Stromabschaltung erreicht und die Lebensdauer des feststehenden Löschkontaktteiles und des beweglichen Löschkontaktteiles verlängert werden kann.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den Merkmalen im Kennzeichen des Anspruches 1 erreicht.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teil einer bekannten Ausführungsform eines Gasschalters,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Gasschalters.

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Gasschalters, im eingeschalteten Zustand,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Gasschalters im ausgeschalteten Zustand,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Kontaktelementes des in Fig. 4 und 5 dargestellten Gasschalters,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Teil eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Gasschalters im eingeschalteten Zustand,

Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Teil des anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Gasschalters im ausgeschalteten Zustand, und

Fig. 8 ein Diagramm, welches die Anzahl Schaltungen bezogen auf den Öffnungsinduktionsstrom zeigt.

In Fig. 2 ist ein Gasschalter dargestellt, der ein mit Schwe-felhexafluorgas S Ff, gefülltes Gehäuse 21 aufweist. Im Gehäuse 21 ist eine bewegliche Kontakteinrichtung 22 und ein feststehender Kontaktteil 23 angeordnet, die zueinander ausgerichtet sind.

Die Kontakteinrichtung 22 weist einen zylindrischen Stützer 25 aus Isoliermaterial, eine hohle, zylinderförmige Kolbenstange 24, die an einem Ende durch ein zylinderförmiges, elektrisch leitendes Teil 26 gehalten ist, einen ringförmig ausgebildeten, feststehenden Kolben 27, der am anderen Ende der Kolbenstange 24 ausgebildet ist, und einen beweglichen Zylinder 28 auf, in welchen der feststehende Kolben 27 eingeführt ist. Der bewegliche Kolben 28 enthält einen hohlen, zylindrischen Schaft 29, dessen Umfangsfläche an der Innenwand des ringförmigen Kolbens 27 gleitet und der sich durch den zylinderförmigen Teil 26 erstreckt und der durch eine

Stange 31 aus Isoliermaterial mit einer Antriebseinrichtung 30 verbunden ist. Die Antriebseinrichtung 30 enthält einen Hebel 32, um den beweglichen Zylinder 28 hin- und herzuschieben.

Das von der beweglichen Kontakteinrichtung 22 abgewandte Ende des feststehenden Kontaktteils 23 wird von einem Stützer 33 aus Isoliermaterial und einer Leiterschiene 34 gehalten. Ein Ende einer Schiene 35 ist am elektrischen Teil 26 befestigt, während ein Ende einer Schiene 36 an der Leiterschiene 34 befestigt ist. Die Schienen 35,36 erstrecken sich durch Isolatoren 37, 38, die an den Enden des Gehäuses 21 angeordnet und durch Abstandstücke 39,40 aus Isoliermaterial gehalten sind.

Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, ist am vorderen Ende des beweglichen Zylinders 28 ein beweglicher Löschkontaktteil 41 vorgesehen. Dieser Löschkontaktteil 41 weist eine Mehrzahl von im wesentlichen H-förmig ausgebildeten flachen Kontaktfingern 42 (Fig. 5) auf, die ringförmig angeordnet sind. Der Löschkontaktteil 41 ist von einem zylindrischen Mantel umschlossen. Die Kontaktfinger 42 werden durch Blattfedern 44, die zwischen den Kontaktfingern 42 und dem Mantel 43 eingesetzt sind, gegen die Mitte des beweglichen Zylinders 28 gedrückt. Eine tassenförmig ausgebildete Düse 45 aus einem Isoliermaterial, z.B. Polytetrafluor-äthylen, die im Zentrum mit einer Öffnung versehen ist, ist konzentrisch am beweglichen Zylinder 28 so angeordnet und befestigt, dass sie den Mantel 43 umfasst. Der bewegliche Zylinder 28 und der Mantel 43 bilden eine Durchgangs- oder Leitvorrichtung für ein unter Druck stehendes Löschgas. Das Löschgas wird durch Löcher 48 eingefüllt, die an der vorderen Stirnwand des Zylinders 28 ausgebildet sind, und ausserhalb des beweglichen Löschkontaktteils 41 liegen.

Ein die Düse 45 umschliessender, ringförmig ausgebildeter, beweglicher Hauptkontaktteil 49 ist am vorderen Ende des Zylinders 28 befestigt. Ein L-förmig ausgebildetes Kontaktelement 50 aus bogenbeständigem Material z.B. einer Kupfer-Wolfram-Legierung, wie in Fig. 5 gezeigt, ist an der Stirnfläche und der angrenzenden Innenwand jedes Kontaktfingers 42 befestigt. Die L-förmig ausgebildeten Kontaktelemente 50 haben einen lichtbogenbeständigen Abschnitt 51.

Der feststehende Kontaktteil 23 enthält einen stabförmig ausgebildeten, feststehenden Löschkontaktteil 52, der von der elektrisch leitenden Leiterschiene 34 (Fig. 2) konzentrisch zum Zylinder 28 hin absteht, ein elektrisch leitendes Rohr 53, das den feststehenden Löschkontaktteil 52 umgibt, ein ringförmig ausgebildetes, die Kontaktfinger haltendes Organ 54, einen ringförmig ausgebildeten Abdeckteil 55, der das Organ 54 umschliesst, und einen feststehenden Hauptkontaktteil 57, der zwischen dem Organ 54 und dem Abdeckteil 55 angeordnet ist und durch eine Mehrzahl von Kontaktfingern 58 gebildet wird. Die Kontaktfinger 58 werden durch zugeordnete Blattfedern 56 gegen das Organ 54 gedrückt und in Form eines Ringes angeordnet.

Ist der Gasschalter geschlossen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, dann werden der feststehende Kontaktteil 54 oder die ringförmig angeordneten Kontaktfinger 58 gegen den beweglichen Hauptkontaktteil 49 gedrückt und der feststehende Löschkontaktteil 52 steht mit dem beweglichen Löschkontaktteil 42 oder den Kontaktfingern 42 in Kontakt.

Der feststehende Löschkontaktteil 52 ist mit einer Schicht 59 aus lichtbogenbeständigem Material überzogen. Die Schicht 59 erstreckt sich ausgehend vom vorderen Ende über einen bestimmten Abschnitt des Löschkontaktteiles 52. Die Länge des Abschnittes wird ausgelegt, um folgendes zu erreichen. Ist der bewegliche Löschkontaktteil 41 in seiner äusser-sten vorgeschobenen Stellung mit dem feststehenden Löschkontaktteil 52 in Eingriff, so liegt, wenn Fig. 3 betrachtet wird, das linke Ende der Schicht 59 auf der linken Seite des

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lichtbogenbeständigen Abschnittes 51 des beweglichen Löschkontaktteiles 41. In dem Augenblick, in dem der bewegliche Löschkontaktteil 41 und der feststehende Löschkontaktteil 52 ausser Eingriff gebracht wurden, liegt das linke Ende der Schicht 59 auf der linken Seite des ringförmigen Luftspaltes 45a, der durch den feststehenden Löschkontaktteil 52 und den engen Durchlass 45b der Düse 45 gebildet wird.

Die Teil 22,26, 34,42,49, 52, 53, 54, 58 sind aus einem Material, das gut elektrisch leitend ist, wie Aluminium, Kupfer oder Eisen, hergestellt. Das Material der Löschkontaktteile 41, 52 hat einen höheren spezifischen Widerstand als das Material der Hauptkontaktteile 49, 57.

Im Betrieb, das heisst, wenn der Gasschalter geschlossen ist (Fig. 3), fliesst der Strom hauptsächlich durch die Hauptkontaktteile 49, 57. Wird nun angenommen, dass ein Kurzschlussstrom fliesst, und die Antriebseinrichtung 30 (Fig. 2) wird betätigt, um den Zylinder 28 zurückzuziehen, dann wird zuerst der bewegliche Hauptkontaktteil 49 vom feststehenden Hauptkontaktteil 57 weggezogen. Da zu diesem Zeitpunkt die Löschkontaktteile 41, 52 miteinander im Kontakt stehen, wird der Strom über die Löschkontaktteile 41, 52 fliessen. Es wird kein Lichtbogen zwischen den Hauptkontaktteilen 49, 57 gezogen.

Wird der Zylinder 28 weiter zurückgezogen, und der bewegliche Löschkontaktteil 41 wird vom feststehenden Löschkontaktteil 52 weggezogen, so wird ein Lichtbogen mit hohem Strom, der in Fig. 4 mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet ist, zwischen dem feststehenden Löschkontaktteil 41 und dem beweglichen Löschkontaktteil 52 gezogen. Da jedoch der Zylinder 28 zurückgezogen ist, wird ein durch den feststehenden Kolben 27 in der Kammer 47 komprimiertes Löschgas durch die Löcher 48 und die Gaskammer 46 ausgestossen, um den Lichtbogen 60 auszublasen und den Strom vollständig zu unterbrechen.

Das in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Ausführungsbeispiel hat die nachfolgend genannten Vorteile. Wie Fig. 4 zeigt, wird der Lichtbogen in einem Bereich gezogen, der zwischen dem Abschnitt 51 des Löschkontaktteiles 41 und dem Abschnitt 59 des Löschkontaktteiles 52 liegt. Diese Abschnitte bestehen aus lichtbogenbeständigem Material. Der Lichtbogen wird aber mindestens nicht ausserhalb dieses Bereiches am Löschkontaktteil 41 gezogen. Mit anderen Worten, der Lichtbogen

60 tritt nur an den Stirn- und Innenseiten des Abschnittes 51 des beweglichen Löschkontaktteiles 41 auf und erreicht die

5 Kontaktfinger 42 selbst nicht. Demzufolge sind die Kontaktfinger 42 vor der Beschädigung durch den Lichtbogen geschützt. Somit wird die Lichtbogenwiederzündung bei offenen Löschkontakten 41, 52 sehr gering sein. Ferner ist mindestens der Abschnitt 59 des feststehenden Löschkontaktteiles

10 52, auf dem der bewegliche Löschkontaktteil 41 gleitet, mit einem lichtbogenbeständigen Material überzogen und gegen Beschädigung durch den Lichtbogen geschützt.

Das in den Fig. 6 und 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ist gleich wie das in den Fig. 3 bis 5 dargestellte ausgebildet

15 und hat die gleiche Wirkung mit der Ausnahme, dass am Ende des feststehenden Löschkontaktteiles 52 ein Abschnitt

61 aus lichtbogenbeständigem Material vorgesehen ist. Bestimmte Teile des in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiele sind gleich den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten

20 Ausführungsbeispielen und sind deshalb mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auf eine Beschreibung dieser Teile wird verzichtet. Während die Fig. 6 den Gasschalter in geschlossenem Zustand zeigt, zeigt die Fig. 7 den Gasschalter im offenen Zustand.

25 Wenn ein Gasschalter irgendeiner Ausführungsform die Kurzschlussstromabschaltung wiederholt, wird der Abschnitt der Oberfläche der Löschkontaktteile, der dem Lichtbogen ausgesetzt ist, durch die zwischen den Löschkontaktteilen gezogenen Lichtbogen allmählich zerstört. Da diese Lichtbö-

30 gen durch ein Löschgas nicht ausgeblasen werden, treten Fehler bei der Stromabschaltung auf.

Fig. 8 zeigt graphisch die maximale Anzahl von Schaltungen bei bekannten Gasschaltern im Vergleich zum erfindungsgemässen Gasschalter auf, bei dem die Lichtbogen-

31 dauer beim Öffnen des Gasschalters gleich der Dauer einer Periode des Stromes gewählt ist. Fig. 8 zeigt, dass die vorstehend beschriebenen Gasschalter eine 2,5- bis 3fach längere Lebensdauer als die bekannten Gasschalter oder ähnliche Typen haben.

4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Gasschalter, aufweisend ein mit einem Löschgas gefülltes Gehäuse (21), einen stangenförmig ausgebildeten, feststehenden Löschkontaktteil (52), der fest im Gehäuse angeordnet und an eine erste Schiene (34, 36) angeschlossen ist, einen feststehenden Kolben (27), der mit dem feststehenden Löschkontaktteil ausgerichtet und mit einer zweiten Schiene (26, 35) verbunden ist, einen beweglichen Zylinder (28), in welchem der feststehende Kolben eingesetzt und welcher Zylinder entlang dem Kolben hin- und herbewegbar ist, eine Antriebsvorrichtung (30) zur Hin- und Herbewegung des Zylinders, einen beweglichen Löschkontaktteil (41), der konzentrisch zum feststehenden Löschkontaktteil (52) an einem Ende des Zylinders, das dem feststehenden Löschkontaktteil gegenüberliegt, angeordnet ist, wobei beide Kontaktteile durch den Zylinder, der auf dem feststehenden Löschkontaktteil gleitet, miteinander in Kontakt und ausser Kontakt bringbar sind, und eine Führungseinrichtung, um ein in dem Zylinder vorhandenes Löschgas gegen einen Lichtbogen zu blasen, der zwischen dem feststehenden und beweglichen Kontaktteil gezogen wird, wenn beide Kontaktteile geöffnet werden, um den Lichtbogen auszublasen, gekennzeichnet durch Abschnitte (51 ; 59,61) aus einem lichtbogenbeständigen Material, die an dem dem Lichtbogen ausgesetzten Teil des beweglichen Löschkontaktteiles (41) und mindestens dem dem Lichtbogen ausgesetzten Teil des feststehenden Löschkontaktteils (52) vorgesehen sind.

2. Gasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Löschkontaktteil (41) ringförmig ist, und dass ein lichtbogenbeständiger Abschnitt (51) an der, am feststehenden Löschkontaktteil (52) gleitenden Innenwand des beweglichen Löschkontaktteiles (41), und an der vom beweglichen Zylinder (28) abgewandten Stirnfläche des beweglichen Löschkontaktteiles (41) ausgebildet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Gasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Löschkontaktteil (41) eine Mehrzahl von plattenförmig ausgebildeten Kontaktfingern (42) aufweist, die ringförmig und federnd bezüglich der Achse des beweglichen Löschkontaktteiles (41) angeordnet sind, und dass der lichtbogenbeständige Abschnitt (51) L-förmig ausgebildete Kontaktelemente (50) aus einem lichtbogenbeständigen Material enthält, die an der Innenwand und den vom Zylinder (28) abgewandten Stirnflächen der Kontaktfinger (42) angeordnet sind.

4. Gasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein lichtbogeribeständiger Abschnitt (59,61) sich vom freien Ende des feststehenden Löschkontaktteiles (52) bis zu einer Position erstreckt, die an der äusseren Seite des Abschnittes (51) des feststehenden Löschkontaktteiles (52) liegt, wenn der bewegliche (41) und der feststehende Löschkontaktteil (52) am weitesten ineinander verschoben sind und die in dem Moment an der äusseren Seite eines ringförmigen Luftspaltes (45a), der durch den feststehenden Löschkontaktteil (52) und einen engen Durchlass (45b) der Düse (45) bestimmt ist, liegt, wenn der bewegliche Löschkontaktteil (41) und der feststehende Löschkontaktteil (52) ausser Eingriff gebracht worden sind.