CH652529A5 - Elektrischer schalter mit gasfoermigem loeschmittel. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei Schaltern dieser Art, bei denen es sich um Druckgasschalter mit Druckkolben (auch unter der Bezeichnung Pufferschalter bekannt) handelt, wird die Blasenergie durch das Komprimieren von Gas in einem Zylinder während des Ausschaltvorganges erzeugt. Damit ein solcher Schalter einen Schaltvorgang unter gegebenen Bedingungen (gegebener Strom bei gegebener wiederkehrender Spannung) ausführen kann, müssen der Kontaktabstand und der Blasdruck bestimmte Mindestwerte bei einem der Nulldurchgänge des Stromes übersteigen. Da die Phasenlage des Stromes beliebig variieren kann, müssen die genannten Bedingungen unter einer ausreichenden Zeit, z.B. 15 ms, erfüllt sein, so dass während dieses Intervalls mit Sicherheit ein Stromnulldurchgang erfasst wird.

Bei bekannten Druckgasschaltern dieser Art ist der Druckkolben fest angeordnet, während der Zylinder mit dem beweglichen Kontakt verbunden ist und sich zusammen mit diesem bewegt. Eine solche Ausführung stellt hohe Anforderungen an die Antriebsvorrichtung des Schalters, die im Hinblick auf die vorstehend genannte Forderung an den Blasdruck eine genau angepasste Bewegungs- und Kraftcharakteristik aufweisen muss. Besonders schwierig ist es, den Blasdruck, wenn eine kurze Schaltzeit angestrebt wird, z.B. bei sogenannten Zweiperiodenschaltern, lange genug über einem gegebenen Mindestniveau zu halten. Der Schalter muss nämlich dabei mit einer extra hohen Kontaktgeschwindigkeit arbeiten, was bei einer Ausführung mit festem Druckkolben zur Folge hat, dass der Druck in relativ kurzer Zeit abfällt.

Auch die Druckgasschalter mit federndem Kolben, die früher vorgeschlagen wurden, weisen die vorgenannten Nachteile auf. Bei einigen bekannten derartigen Konstruktionen wird die Feder für den Kolben der Druckgasanordnung am Ende des Ausschaltvorgangs des Schalters durch mechanische Einwirkung von der Antriebsvorrichtung des Schalters komprimiert (DE-OS 1 765 153 und SE-PS 369 352). Bei diesen Ausführungen hat der Kolben keine druckausgleichende Funktion, sondern derselbe ist angeordnet, damit man einem grösseren Isolationsabstand zwischen den Kontakten, wenn der Schalter offen liegt, sowie ein Abbremsen des beweglichen Kontaktes und dem damit verbundenen Blaszylinder erhält.

Gemäss anderen bekannten Vorschlägen wird zusätzlich zum Hauptkolben ein federbelasteter Hilfskolben vorgesehen, um im Anfangsstadium des Ausschaltens einen schnelleren Druckanstieg im Pufferzylinder zu bewirken. Bei der vorgeschlagenen Konstruktion dieser Art (DE-OS 2 361 687) enthält der bewegliche Pufferzylinder zwei koaxiale Zylinderräume mit verschiedenen Druckmessern, wobei der Zylinderraum mit dem kleineren Durchmesser den festen Hauptkolben enthält, während der Zylinderraum mit dem grösseren Durchmesser den Hilfskolben enthält. Das Gas im Zylinderraum des Hilfskolbens wird im Anfangsstadium der Ausschaltung in den Hauptzylinderraum hinübergepresst. Dahingegen ist der Hilfskolben während des kritischen Endstadiums der Ausschaltung unwirksam.

Bei einer anderen bekannten Konstruktion der vorgenannten Àrt (DE-OS 2 363 171) ist der federbelastete Hilfskolben im Pufferzylinder zwischen dem Hauptkolben und dem Kontaktbereich angeordnet. Die den Kolben beeinflussende Feder ist so bemessen, dass sie bereits zeitig während des Ausschaltvorgangs des Schalters komprimiert wird. Der Hilfskolben hat eine mit Rückschlagventil versehende Durchgangsöffnung, so dass Gas in Richtung von dem Raum zwischen Hauptkolben und Hilfskolben zum Kontaktbereich strömen kann. Aufgrund des Strömungswiderstandes in der Öffnung wird jedoch eine schnelle Zufuhr von Löschgas von dem genannten Raum verhindert, wenn der Druck in dem Kontaktbereich während des für das Ausschalten kritischen Intervalles beim Nulldurchgang des Stromes abnimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen schnellschaltenden Druckgasschalter mit hohem Ausschaltvermögen zu schaffen, der mit einer relativ einfachen Antriebsvorrichtung auskommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 genannten Massnahmen gelöst.

Ein auf diese Weise ausgeführter Schalter mit federndem Kolben kann den Blasdruck aufgrund der druckausgleichenden Wirkung des Kolbens relativ lange Zeit über einem vorgegebenen Mindestniveau halten. Dies gilt auch dann, wenn die Kontaktgeschwindigkeit des Schalters relativ hoch ist, da der federnde Kolben auch nach Beendigung der Öffnungsbewegung des Schalters arbeiten kann. Die Konstruktion eignet sich daher besonders für Schalter, bei denen eine kurze Ausschaltzeit angestrebt wird, beispielsweise bei sog. Zweiperio-denschaltern. Dadurch, dass der federnde Kolben in der Lage ist, den Blasdruck durch seine druckausgleichende Wirkung aufrechtzuerhalten, kann die Antriebsvorrichtung relativ einfach ausgeführt werden.

Die Erfindung soll nachstehend unter Hinweis auf ein in der beiliegenden Zeichnung gezeigtes Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Druckgasschalter nach der Erfindung in Einschaltstellung,

Fig. 2 den Schalter in einer Zwischenstellung während des Ausschaltvorgangs mit grossem Strom im Schalter,

Fig. 3 den Schalter in Ausschaltstellung und

Fig. 4 Beispiele von Bewegungs- und Druckkurven für Druckgasschalter ohne bzw. mit beweglichem Kolben.

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Der in Fig. 1-3 gezeigte Schalter ist in einer langgestreckten, nicht gezeigten Schaltkammer untergebracht, die vorzugsweise ganz geschlossen und mit elektronegativem Gas, z.B. Schwefelhexafluorid, von einigen Atmosphären Überdruck gefüllt ist. Die Kontaktanordnung umfasst einen Hülsenkontakt 1, der axial in Richtung auf und von einem festen Kontaktstift 2 beweglich ist. Der bewegliche Kontakt 1 trägt einen Blaszylinder 3 und ist über eine Betätigungsstange 4 mit einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung verbunden. Auf dem beweglichen Kontakt 1 ist auch eine Blasdüse 5 aus geeignetem Isoliermaterial, z.B. Tetrafluoräthylen-Kunststoff, auf solche Weise montiert, dass die Düse während eines Ausschaltvorgangs den Bereich zwischen den Kontakten 1 und 2 (den Kontaktbereich) umschliesst. Im Blaszylinder 3 befindet sich ein an der Zylinderwand abdichtender, gleitbarer Kolben 6, der von einer kräftigen Druckfeder 7 zum Anliegen gegen einen Anschlag 8 gepresst wird. Die Feder 7 stützt sich gegen einen Stützansatz 9, der im Verhältnis zur Schaltkammer fest montiert ist. Der Anschlag 8 ist mit dem Stützansatz 9 über ein Rohr 10 verbunden, das auch als Steuerung für die Betätigungsstange 4 dient. Der äussere Stromanschluss an den beweglichen Kontakt 1 geschieht mit Hilfe nicht gezeigter Gleitkontakte über den Blaszylinder 3, der aus Kupfer oder Aluminium hergestellt ist.

Wenn eine Ausschaltung vorgenommen werden soll, wird über die Antriebsvorrichtung des Schalters eine Kraft auf die Betätigungsstange 4 in Richtung des Pfeils F aufgebracht, wobei der Kontakt 1 mit dem Blaszylinder 3 und der Blasdüse

5 nach links in Bewegung kommt und das Gas im Zylinderraum 11 komprimiert wird. Wenn die Kontakte 1 und 2 getrennt werden, entsteht ein Lichtbogen, der einen weiteren Druckanstieg im Zylinderraum verursacht. Bei einem vorbestimmten Druck wird die Federkraft der Feder 7 überwunden, wobei der Kolben 6 nach links verschoben wird. Dabei wird das Volumen des Zylinderraumes während des Intervalls ver-grössert. Wenn der Momentanwert des Stroms hoch ist, wodurch der Druckanstieg im Zylinderraum begrenzt wird, und man einen Ausgleich des Druckes im Zylinderraum über ein grösseres Zeitintervall erreicht. Durch die Begrenzung des maximalen Druckes wird ausserdem eine für die Lichtbogenlöschung ungünstige Bremsung des beweglichen Kontaktes verhindert. In der Nähe von Stromnull, wenn der vom Lichtbogen erzeugt Druck abnimmt, führt die Feder 7 den Kolben

6 zum Anschlag 8 zurück, wobei das Volumen des Zylinderraums 11 kleiner und der Druck aufrechterhalten wird. Dadurch wird die Löschgasströmung durch die Düse 5 aufrechterhalten, wobei die Spannungsfestigkeit im Kontaktbereich schnell aufgebaut wird, so dass eine Wiederzündung des Lichtbogens verhindert wird.

Die Feder 7 hat eine sehr hohe Vorspannung, so dass sich der Kolben 6 nur in externen Fällen bewegt, d.h. bei der Aus-5 schaltung von Kurzschlussströmen. Bei der Ausschaltung niedriger Ströme erreicht der Druck im Kompressionsvolumen kein solches Niveau, dass die Feder komprimiert wird.

Fig. 4 zeigt Beispiele von Bewegungs- und Druckkurven für eine Druckgasschalter nach der Erfindung sowie für einen .10 konventionellen Schalter mit festem Kolben, wobei s den 'Bewegungsweg, p den Druck, i den Strom und t die Zeit bezeichnen. Die einzelnen Kurven zeigen folgendes:

si = Kontaktbewegung

15 S2 = Kolbenbewegung (mit Strom)

pi = Leerlaufdruck p: = Druck mit beweglichem Kolben (mit Strom)

p3 = Druck ohne beweglichen Kolben (mit Strom)

20 Ausserdem ist der Strom i durch den Schalter in derselben Zeitlage wie die übrigen Kurven eingezeichnet.

Mit ti wird der Zeitpunkt (Stromnulldurchgang) bezeichnet, wobei der Strom bei dem Schalter nach der Erfindung ausgeschaltet,wird. Der konventionelle Schalter mit festem 25 Kolben hat einen erheblich niedrigeren Blasdruck zu diesem Zeitpunkt und würde wahrscheinlich bei einem entsprechenden Ausschaltversuch versagen.

Beim Zeichnen der Kurven in Fig. 4 hat man der Einfachheit halber angenommen, dass die Kontaktbewegung si in 30 allen drei Fällen, d.h. bei Leerlauf und bei Kurzschlussstrom mit bzw. ohne beweglichen Kolben, gleich ist. In Wirklichkeit wird die Bewegung am Ende, wenn der Schalter unter Strom steht, etwas gebremst.

Aus den Kurven geht u.a. hervor, dass ein Schalter mit 35 beweglichem Kolben entsprechend der Erfindung einen Blasdruck während einer bedeutend längeren Zeit gibt als ein Schalter mit festem Kolben.

Zum Unterschied von früher bekannten Druckgasschaltern mit beweglichen, federbelasteten Kolben hat der Kolben « bei dem Schalter nach der Erfindung dieselbe Lage, wenn sich der Schalter in offener Stellung befindet, wie wenn der Schalter in Einschaltstellung steht, d.h. die Feder wird am Ende des Öffnungsmanövers nicht «mechanisch» komprimiert. Dadurch erzielt man den erheblichen Vorteil, dass der 45 Kolben auch nach Beendigung der Kontaktbewegung arbeitet und den Blasdruck aufrechterhält, wo wie es aus Fig. 4 hervorgeht.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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1. Elektrischer Schalter mit gasförmigem Löschmittel, der einen festen und einen beweglichen Kontakt (2 bzw. 1) enthält und der mit einer aus einem Kolben (6) und einem Zylinder (3) bestehenden Druckgasanordnung versehen ist, wobei der Kolben (6) gegen die Wirkung einer Feder (7) verschiebbar angeordnet ist, während der Zylinder (3) mit dem beweglichen Kontakt (1) verbunden und dazu vorgesehen ist, das Gas im Zylinderraum (11) der Druckgasanordnung während eines Ausschaltvorganges zu komprimieren, damit ein Löschgasstrom am Kontaktbereich entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (7) den Kolben (6) sowohl in der Einschalt- wie auch in der Ausschaltstellung des Schalters gegen einen Anschlag (8) presst, wobei die Feder (7) eine derart hohe Verspannung aufweist, dass sich der Kolben (6) nur dann bewegt, wenn der Gasdruck im Zylinderraum (11) einen Wert übersteigt, der höher ist als derjenige, der bei der Ausschaltung eines Stromes in Höhe des Betriebsnennstromes des Schalters erzeugt wird.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung mit dem Kolben (6) derart bemessen ist, dass sich der Kolben (6) nur dann bewegt, wenn der Gasdruck im Zylinderraum (11) einen nur bei einem Kurzschlussstrom auftretenden Wert erreicht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kontakt (1) mit einer Blasdüse (5) zur Steuerung des Löschgasstromes versehen ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontakte (1, 2) und die Druckgasanordnung (3, 6) in einer mit elektronegativem Gas gefüllten Kammer eingekapselt sind.