EP0033355A1 - Druckgasschalter - Google Patents

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EP0033355A1
EP0033355A1 EP80103499A EP80103499A EP0033355A1 EP 0033355 A1 EP0033355 A1 EP 0033355A1 EP 80103499 A EP80103499 A EP 80103499A EP 80103499 A EP80103499 A EP 80103499A EP 0033355 A1 EP0033355 A1 EP 0033355A1
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pressure
pressure storage
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arc
gas switch
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Adrian W. Dr. Dipl.-Ing. Roth
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Rockwell Automation Switzerland GmbH
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Sprecher und Schuh AG
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a gas pressure switch with a fixed and a movable contact piece which can be brought into and out of engagement with one another, with a blowing nozzle which can be released by the movable contact piece in the course of the switch-off movement and which adjoins an arc chamber on the inlet side, the arc chamber having at least one Inlet pressure relief valve is connected to a pressure storage chamber.
  • the object of the invention is to provide a gas pressure switch which is economically advantageous and is suitable for the interruption of both small and large currents occurring in practice.
  • the pressure accumulator space connected to the arc space via at least one inlet pressure relief valve has at least one outlet check valve connecting the pressure accumulator space to the arc space and that at least one such pressure accumulator space is present.
  • the pressure storage spaces can be connected pneumatically in parallel or in series, the pressure storage space provided for a smaller pressure value in relation to the adjacent pressure storage space being closer to the arc space in a series connection.
  • the pressure storage spaces can also be connected both in series and in parallel.
  • the outlet check valves adjacent to the arc chamber are preferably tangential F latter valves, which bring about a tangential inflow of the gas from the pressure storage chamber into the arc chamber.
  • the pressure storage rooms and the arc room can be equipped with reinforcement and cooling walls made of metal be.
  • the pressure gas switch shown in Fig. 1 has an electronegative gas, e.g. filled with sulfur hexafluoride, consisting of insulating material 1, which carries the fixed contact piece 2 connected to one terminal of the switch.
  • a burning ring 3 made of graphite is placed in front of the fixed contact piece.
  • the movable contact piece 4 is pulled down during a switch-off movement by a drive, not shown, in the sliding contact 5 connected to the other connection of the switch.
  • the blowing nozzle 6 made of insulating material is fastened in the housing 1.
  • the blowing nozzle 6 is connected to the arc chamber 7 on the inlet side.
  • Two pressure storage spaces 8 and 9 are provided, which are closed with the inlet pressure relief valves 10 and 11 and with the outlet check valves 12 and 13.
  • the pressure storage spaces 8 and 9 can be divided by radial partition walls, not shown in FIG. 1.
  • the segment-shaped partial spaces can be provided for different pressure values.
  • the inlet pressure relief valves of the individual segment-shaped subspaces have different response pressure values.
  • cooling fins made of copper sheets must be installed.
  • the mode of operation of the compressed gas switch described with reference to the two figures is as follows: When the device is switched off, the movable contact piece 4 is pulled downward in the arrangement shown in FIG. 1. Between the fixed contact piece 2, respectively. the erosion ring 3 and the movable contact piece 4, an arc arises after the contact separation. The hot and strongly ionized gases that arise flow into the arc chamber and cause a pressure increase there depending on the current to be interrupted.
  • the inlet pressure relief valves 10 have a lower response pressure than the opposite inlet pressure relief valves 11. Accordingly, no inlet pressure relief valve will respond up to a first current limit. This current range is intended for the small currents.
  • a pressure can build up which, after the blowing nozzle 6 has been released by the movable contact piece 4, causes a flow into the blow-out space 21 which is sufficient to extinguish the arc. If, in the event of an interruption, the current carried in the arc exceeds this first limit, the pressure in the arc space 7 also rises above the response value of the inlet pressure relief valves 10. In this case, the pressure which is decisive for blowing the arc becomes in the two spaces, in the arc space 7 and built up in the pressure storage chamber 9. The discharge of the pressure storage space 9 takes place practically without pressure drop via the outlet check valve 12 as soon as the opening of the blowing nozzle 6 is free.
  • the response pressure of the inlet pressure relief valves can be adapted to the preselected current values and thus the switching arc can be extinguished optimally in the entire current range.
  • the mode of operation of the compressed gas switch shown in FIG. 2 is similar to that described above.
  • the two pressure storage spaces 14 and 15 are pneumatically connected in series.
  • the inlet pressure relief valve 16 responds via a first current limit and also the inlet pressure relief valve 17 of the second pressure storage chamber 15 via a second current limit.
  • the discharge pressure chambers are discharged via the outlet check valves 18 and 19 with practically no pressure drop with a free blow nozzle opening.
  • the last outlet check valve 18 bordering the arc space 7 consists of a plurality of tangential flap valves arranged on the circumference, which effect a tangential inflow of the gas which is advantageous for the arc quenching.
  • the cooling of the hot gas flowing into the pressure storage spaces 14 and 15 is favored by the cast aluminum wall 22. This cast aluminum wall also allows the approval of higher pressure values in the Pressure storage spaces 14, 15, and in the arc space 7, which leads to smaller switch dimensions and thus means economic advantages.

Landscapes

  • Circuit Breakers (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)

Abstract

Der beschriebene Druckgasschalter weist ein festes und ein bewegliches Kontaktstück (2,4) auf, die in einem Gehäuse (1) untergebracht sind. Das Gehäuse (1) ist durch eine durch das bewegliche Kontaktstück (4) im Zuge der Ausschaltbewegung freigebbare Blasdüse (6) unterteilt. Die Blasdüse (6) steht einlasseitig mit einem Lichtbogenraum (7) und auslasseitig mit einem Ausblasraum (21) in Verbindung. Um den Druckaufbau durch den Lichtbogen im Lichtbogenraum (7) dem zu unterbrechenden Strom besser anzupassen, steht der Lichtbogenraum mit mindestens einem Druckspeicherraum (8, 9) in Verbindung. Die Druckspeicherräume (8, 9) sind durch Einlass-Ueberdruckventile (10, 11) und Auslass-Rückschlagventile (12, 13) abgeschlossen. Die Ansprechsdruckwerte der Einlass-Ueberdruckventile (10, 11) sind abgestuft und den bei vorbestimmten Abschaltströmen auftretenden Druckwerten agepasst. Die Entladung der Druckspeicherräume (8, 9) erfolgt durch die Auslass-Rückschlagventile (12, 13) sobald das bewegliche Schaltstück (4) die Blasdüse (6) freigegeben hat.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckgasschalter mit einem festen und einem beweglichen Kontaktstück, die in und ausser Eingriff miteinander bringbar sind, mit einer durch das bewegliche Kontaktstück im Zuge der Ausschaltbewegung freigebbaren Blasdüse, die sich einlasseitig an einem Lichtbogenraum anschliesst, wobei der Lichtbogenraum über mindestens ein Einlass-Ueberdruckventil mit einem Druckspeicherraum in Verbindung steht.
  • Aus der CH-PS 596 662 ist ein Druckgasschalter der eingangs erwähnten Art bekannt. Bei dieser Anordnung mündet der mit einem federbelasteten Freikolben ausgerüstete Druckspeicherraum in einen zwischen dem Lichtbogenraum und der Blasdüse gebildeten Spalt. Dieser Druckgasschalter ist aus relativ vielen Teilen zusammengebaut und ist wirtschaftlich nachteilig.
  • Aus der CH-PS 306 479 ist ein weiterer Druckgasschalter mit einem festen und einem beweglichen Kontaktstück, die in und ausser Eingriff miteinander bringbar sind, bekannt. Bei diesem Druckgasschalter ist auch eine durch das bewegliche Kontaktstück im Zuge der Ausschaltbewegung freigebbare Blasdüse vorgesehen, die einlasseitig mit einem nur das feste Kontaktstück und Kühlbleche enthaltenden Lichtbogenraum in Verbindung steht. Um im Lichtbogenraum nicht zu hohe, den Schalter gefährdende Druckwerte zu erhalten muss die Grösse des Lichtbogenraumes auf den grössten zu löschenden Strom ausgerichtet sein. Für die Unterbrechung hoher Ströme muss daher ein relativ grosser Lichtbogenraum vorhanden sein. Bei der Unterbrechung relativ kleiner, insbesondere kapazitiver oder induktiver Ströme mit dem gleichen Schalter kann sich dabei im relativ grossen Lichtbogenraum nur ein relativ kleiner Druck aufbauen. Dieser relativ kleine Druck reicht für die Unterhaltung einer für die Lichtbogenlöschung erforderliche Löschmittelströmung durch die Blasdüse nicht aus. Dieser Schalter ist daher nur für einen relativ kleinen Strombereich geeignet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckgasschalter anzugeben, der wirtschaftlich vorteilhaft ist und sowohl für die Unterbrechung von kleinen als auch von in der Praxis vorkommenden grössten Strömen geeignet ist.
  • Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, dass der mit dem Lichtbogenraum über mindestens ein Einlass-Ueberdruckventil in Verbindung stehende Druckspeicherraum mindestens ein den Druckspeicherraum mit dem Lichtbogenraum verbindendes Auslass-Rückschlagventil aufweist und dass mindestens ein solcher Druckspeicherraum vorhanden ist.
  • Vorteilhafterweise sind mehrere für mindestens zwei unterschiedliche, durch die Einlass-Ueberdruckventile gegebene Druckwerte bestimmte Druckspeicherräume vorgesehen.
  • Die Druckspeicherräume können pneumatisch parallel oder in Reihe geschaltet sein, wobei bei einer Reihenschaltung der in Bezug auf den benachbarten Druckspeicherraum für einen kleineren Druckwert vorgesehene Druckspeicherraum dem Lichtbogenraum näher liegt.
  • Die Druckspeicherräume können aber auch sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet sein.
  • Vorzugsweise sind die mit dem Lichtbogenraum benachbarten Auslass-Rückschlagventile tangentiale Flatterventile, die eine tangentiale Einströmung des Gases aus dem Druckspeicherraum in den Lichtbogenraum bewirken.
  • Die Druckspeicherräume und der Lichtbogenraum können mit aus Metall bestehenden Verstärkungs- und Kühlwänden ausgerüstet sein.
  • Ausführungsbeispiele des vorgeschlagenen Druckgasschalters sind nachstehend anhand beiliegender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. l. einen schematischen Axialschnitt eines Druckgasschalters mit mehreren pneumatisch parallel und
    • Fig. 2 mit mehreren pneumatisch in Reihe geschalteten Druckspeicherräumen.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Druckgasschalter weist ein mit einem elektronegativen Gas, z.B. mit Schwefelhexafluorid gefülltes, aus Isolierstoff bestehendes Gehäuse 1 auf, das das mit dem einen Anschluss des Schalters verbundene, feste Kontaktstück 2 trägt. Dem festen Kontaktstück ist ein Abbrandring 3 aus Graphit vorgelagert. Das bewegliche Kontaktstück 4 wird bei einer Ausschaltbewegung durch einen nicht dargestellten Antrieb im mit dem anderen Anschluss des Schalters verbundenen Gleitkontakt 5 nach unten gezogen. Die aus Isolierstoff bestehende Blasdüse 6 ist im Gehäuse 1 befestigt. Die Blasdüse 6 steht einlasseitig mit dem Lichtbogenraum 7 in_Verbindung. Es sind zwei Druckspeicherräume 8 und 9 vorgesehen, die mit den Einlass-Ueberdruckventilen 10 und 11 und mit den Auslass-Rückschlagventilen 12 und 13 abgeschlossen sind. Die Druckspeicherräume 8 und 9 können durch radiale, in der Fig. 1 nicht dargestellte Zwischenwände unterteilt sein. Bei unterteilten Druckspeicherräumen können die segmentförmigen Teilräume für unterschiedliche Druckwerte vorgesehen sein. In diesem Fall weisen die Einlass-Ueberdruckventile der einzelnen segmentförmigen Teilräume verschiedene Ansprechsdruckwerte auf. In den Druckwpeicherräumen können auch z.B. aus Kupferblechen bestehende Kühlrippen eingebaut sein.
  • Bei dem in Fig. 2 aufgezeichneten Druckgasschalter sind funktionell sich entsprechende Bestandteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wie inFig. 1, auch wenn sie nicht exakt dieselbe Formgebung aufweisen sollten. Es sind zwei pneumatisch in Reihe geschaltete Druckspeicherräume 14 und 15 vorhanden, die mit den Einlass-Ueberdruckventilen 16 und 17 und mit den Auslass-Rückschlagventilen 18 und 19 abgeschlossen sind. Das Auslass-Rückschlagventil 18 ist ein tangentiales Flatterventil, wie auch aus der kleinen Skizze 20 in der Draufsicht ersichtlich ist. Die Druckspeicherräume 14 und 15 weisen aus Metall bestehende Verstärkungs- und Kühlwände 22 auf. Bei dieser Anordnung können die ringförmigen Druckspeicherräume 14, 15 auch durch radiale oder andere Wände in einzelne Teilräume unterteilt werden. Bei einer solchen Anordnung entstehen mehrere pneumatisch parallel und in Reihe geschaltete Druckspeicherräume. Durch Abstufung der Ansprechsdruckwerte der zu den einzelnen Teilräumen gehörenden Einlass-Ueberdruckventile ist eine gute Anpassung der erforderlichen Druckspeicherräume an den zu unterbrechenden Stro:. möglich.
  • Die Wirkungsweise der anhand der beiden Figuren beschriebenen Druckgasschalter ist folgende: Bei einer Ausschaltbewegung wird das bewegliche Schaltstück 4 in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung nach unten gezogen. Zwischen dem festen Kontaktstück 2, resp. dem Abbrandring 3 und dem beweglichen Schaltstück 4 entsteht nach der Kontakttrennung ein Lichtbogen. Die dabei entstehenden heissen und stark ionisierten Gase strömen in den Lichtbogenraum und verursachen dort in Abhängigkeit des zu unterbrechenden Stromes eine Druckerhöhung. Die Einlass-Ueberdruckventile 10 haben einen geringeren Ansprechdruck als die gegenüberliegenden Einlass-Ueberdruckventile 11. Demnach wird bis zu einer ersten Stromgrenze kein Einlass-Ueberdruckventil ansprechen. Dieser Strombereich ist für die kleinen Ströme vorgesehen. Im relativ klein gehaltenen Lichtbogenraum 7 kann sich ein Druck aufbauen, der nach Freigeben der Blasdüse 6 durch das bewegliche Kontaktstück 4 eine für die Löschung des Lichtbogens ausreichende Strömung in den Ausblasraum 21 verursacht. Wenn der im Lichtbogen geführte Strom bei einer Unterbrechung diese erste Grenze übersteigt, steigt auch der Druck im Lichtbogenraum 7 über den Ansprechswert der Einlass-Ueberdruckventile 10. In diesem Fall wird der für die Blasung des Lichtbogens massgebende Druck in den beiden Räumen, im Lichtbogenraum 7 und im Druckspeicherraum 9 aufgebaut. Die Entladung des Druckspeicherraumes 9 erfolgt praktisch ohne Druckabfall über das Auslass-Rückschlagventil 12, sobald die Oeffnung der Blasdüse 6 frei ist. Bei noch grösseren Stromwerten stehen alle drei Räume 7, 8 und 9 für die Druckspeicherung zur Verfügung. Bei mehreren Druckspeicherräumen kann man den Ansprechdruck der Einlass-Ueberdruckventile den vorgewählten Stromwerten anpassen und so im ganzen Strombereich eine optimale Löschung des Schaltlichtbogens erreichen.
  • Die Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten Druckgasschalters ist ähnlich wie vorhergehend beschrieben. Hier sind jedoch die beiden Druckspeicherräume 14 und 15 pneumatisch in Reihe geschaltet. Ueber eine erste Stromgrenze spricht das Einlass-Ueberdruckventil 16 und über eine zweite Stromgrenze auch das Einlass-Ueberdruckventil 17 des zweiten Druckspeicherraumes 15 an. Die Entladung der Druckspeicherräume erfolgt über die Auslass-Rückschlagventile 18 und 19 praktisch ohne Druckabfall bei freier Blasdüsenöffnung. Das letzte, den Lichtbogenraum 7 grenzende Auslass-Rückschlagventil 18 besteht aus mehreren am Umfang angeordneten tangentialen Flatterventilen, die eine für die Lichtbogenlöschung vorteilhafte tangentiale Einströmung des Gases bewirken. Die Kühlung des in die Druckspeicherräume 14 und 15 einströmenden, heissen Gases wird durch die Aluminiumgusswandung 22 begünstigt. Diese Aluminiumgusswandung erlaubt ausserdem die Zulassung höherer Druckwerte in den Druckspeicherräumen 14, 15, und im Lichtbogenraum 7, was zu kleineren Schalterabmessungen führt und somit wirtschaftliche Vorteile bedeutet.

Claims (7)

1. Druckgasschalter mit einem festen und einem beweglichen Kontaktstück, die in und ausser Eingriff miteinander bringbar sind, mit einer durch das bewegliche Kontaktstück im Zuge der Ausschaltbewegung freigebbaren Blasdüse, die sich einlasseitig an einem Lichtbogenraum anschliesst, wobei der Lichtbogenraum über mindestens ein Einlass-Ueberdruckventil mit einem Druckspeicherraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet , dass der mit dem Lichtbogenraum (7) über mindestens ein Einlass-Ueberdruckventil (10, 11, 16, 17) in Verbindung stehende Druckspeicherraum (8, 9, 14, 15) mindestens ein den Druckspeicherraum (8, 9, 14, 15) mit dem Lichtbogenraum (7) verbindendes Auslass-Rückschlagventil (12, 13, 18, 19) aufweist und dass mindestens ein solcher Druckspeicherraum (8, 9, 14, 15) vorhanden ist.
2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass mehrere für mindestens zwei unterschiedliche, durch die Einlass-Ueberdruckventile (10, 11, 16, 17) gegebene Druckwerte bestimmte Druckspeicherräume (8, 9, 14, 15) vorgesehen sind.
3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Druckspeicherräume (8, 9) pneumatisch parallel geschaltet sind.
4. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Druckspeicherräume (14, 15) pneumatisch in Reihe geschaltet sind, wobei der in Bezug auf den benachbarten Druckspeicherraum (15) für einen kleineren Druckwert vorgesehene Druckspeicherraum (14) dem Lichtbogenraum (7) näher liegt.
5. Druckgasschalter nach den Ansprüchen 3 und 4, d a - durch gekennzeichnet , dass die Druckspeicherräume pneumatisch sowohl in Reihe, als auch parallel geschaltet sind.
6. Druckgasschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Lichtbogenraum (7) benachbarten Auslass-Rückschlagventile (18) tangentiale Flatterventile sind, die eine tangentiale Einströmung des Gases aus dem Druckspeicherraum (14) in den Lichtbogenraum (7) bewirken.
7. Druckgasschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Druckspeicherräume (14, 15) und der Lichtbogenraum (7) mit aus Metall bestehenden Verstärkungs- und Kühlwänden (22) ausgerüstet sind.
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