EP0313813A1 - Druckgasschalter - Google Patents

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EP0313813A1
EP0313813A1 EP88115522A EP88115522A EP0313813A1 EP 0313813 A1 EP0313813 A1 EP 0313813A1 EP 88115522 A EP88115522 A EP 88115522A EP 88115522 A EP88115522 A EP 88115522A EP 0313813 A1 EP0313813 A1 EP 0313813A1
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contact
erosion
switching
movable
switchpiece
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Peter Dr. Kirchesch
Arnold Meier
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ABB AG
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Definitions

  • the invention is based on a compressed gas switch according to the first part of patent claim 1.
  • Such a switch is known for example from US-A-4,658,108.
  • the known switch has a pressure space with constant volume enclosed by the movable of its two switching pieces.
  • switching gas generated compressed gas is supplied to this pressure chamber, which gas is used to blow the switching arc when the current to be switched off approaches a zero crossing.
  • this saves a considerable amount of drive energy compared to a compressed gas switch, in which the compressed gas used to blow the switching arc is generated exclusively by a piston-cylinder compression device operated by the switch drive, however, with such a switch, an optionally desired increase in the contact separation speed could previously only be achieved by a significant increase in drive energy can be achieved.
  • the invention solves the problem of developing a gas pressure switch of the type mentioned in such a way that its contact separation speed is significantly increased compared to the drive speed without any significant increase in its drive energy and without changing its extinguishing geometry.
  • the compressed gas switch according to the invention is characterized in that it now also masters switching cases in which a high contact separation speed plays an important role. This is particularly important when switching capacitive currents, which can now be switched safely and without any significant increase in drive energy.
  • Both contact pieces 1, 2 are essentially rotationally symmetrical and are each electrically conductively connected to a power connection (not shown). Both contact pieces 1 and 2 each have a nominal current 4 or 5 and an erosion contact 6 or 7.
  • the contact piece 1 can be moved along the axis 3 by a drive, also not shown, and has an insulating nozzle 8 arranged coaxially between the nominal current 4 and erosion contact 6 and rigidly connected to the nominal current 4 and erosion contact 6, with a nozzle constriction 9 and preferably for Storage of compressed gas provided, annular pressure chamber 10, which can be connected via an annular channel 11 provided between the erosion contact 6 and the inner wall of the insulating nozzle 8 and the nozzle constriction 9 to an exhaust chamber 12 located downstream of the nozzle constriction 9.
  • the contact piece 2 contains a sliding contact 14, which is coaxially encompassed by the nominal current contact 5 and connected to the nominal current contact 5 via electrically conductive webs 13, in which the pin-shaped erosion contact 7 is displaceably guided in the axial direction.
  • the current transfer from the sliding contact 14 to the erosion contact 7 is here by contact lamellae 15, the guiding of the erosion contact 7 is ensured by bearing rings 16 and 17 consisting of polytetrafluoroethylene, for example.
  • the upper end of the compression spring 20 is supported on the sliding contact 14.
  • a recess 21 which is arranged essentially downstream of the nozzle constriction 9 and in which a spring-loaded pawl 23 which cooperates with the latching part 18 through an opening 22 provided downstream of the nozzle constriction 9 is rotatably mounted.
  • a nose 24 cooperating with the pawl 23 is fastened on the inner surface of the rated current contact 5.
  • the switching piece 1 When switching off, the switching piece 1 is moved along the axis 3 by the drive, not shown. After a predetermined stroke, the two rated current contacts 4, 5 separate and the current to be switched off commutates into a current path formed by the erosion contacts 6, 7.
  • the erosion contact 7 held by the pawl 23 follows the contact piece 1 during this time at the same speed and with the compression spring 20 charged until the pawl 23, which acts as a ratchet, is rotated clockwise after hitting the fixed nose 24 after a predetermined period of time.
  • the latching part 20 and thus also the erosion contact 7 serving as the clamping part of a clamping mechanism are released. Under the action of the now charged compression spring 20, the erosion contact 7 reverses its direction of movement (right part of FIG.
  • a switching arc is obtained between the erosion contacts 6 and 7, which fills the pressure chamber 10 with heated insulating gas. After the nozzle constriction 9 has been released by the erosion contact 7, the switching arc is blown by the insulating gas stored in the pressure chamber 10 when the current is approaching a zero crossing and is extinguished.
  • the high contact separation speed ensures that the insulation distance between the two erosion contacts 6 and 7 is large enough to withstand the recurring voltage.
  • the contact separation speed is the limiting variable, which can be increased significantly in a simple manner compared to a comparable switch according to the prior art by the measures described, without excessively increasing the drive energy and without changing the quenching geometry of the contact arrangement.
  • an increased contact separation speed is achieved without changing the quenching behavior of the contact arrangement, in that a rack and pinion gear is used as the traveling element instead of a locking mechanism.
  • the rack and pinion gear has two gear wheels 25, 26, each rotatably mounted on the switching piece 2 about an azimuthally guided axis, and four gear racks 27 to 30 aligned parallel to the axis 3, of which the toothed racks 27 and 30, respectively, are located at the downstream end of the insulating nozzle 8 are attached and each with radially inward teeth with radially outward teeth of the gear 25 and 26 are engaged.
  • the toothed racks 28 and 29 are embedded on diametrically opposite outer surfaces of the erosion contact 7 which can be moved in the direction of the axis 3.
  • the movable contact piece 1 and thus also the racks 27 and 30 are guided upwards.
  • This upward movement is converted via the gears 25 and 26 on the racks 28 and 29 into a movement of the erosion contact 7 which takes place at the same speed but is directed in the opposite direction.
  • the erosion contacts 6 and 7 are then separated from one another while maintaining the extinguishing geometry of the contact arrangement at twice the drive speed.

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

Abstract

Der Druckgasschalter weist ein bewegliches (1) und ein feststehendes Schaltstück (2) mit jeweils mindestens einem Abbrandkontakt (6, 7) auf sowie am beweglichen Schaltstück (1) befestigt einen beim Ausschalten schaltlichtbogenkomprimiertes Löschgas speichernden Druckraum (10) mit schalthubunabhängigem Volumen und eine koaxial zu den beiden Schaltstücken (1, 2) angeordnete Isolierdüse (8). Bei diesem Schalter soll die Trenngeschwindigkeit der Abbrandkontakte (6, 7) gegenüber der Antriebsgeschwindigkeit ohne nennenswerte Vergrösserung seiner Antriebsenergie und ohne Veränderung seiner Löschgeometrie wesentlich erhöht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Abbrandkontakt (7) des feststehenden Schaltstücks (2) in axialer Richtung verschieblich in einem Gleitkontakt (14) geführt ist und Teil eines vom beweglichen Schaltstück (7) betätigten und stromabwärts der Düsenengstelle (9) der Isolierdüse (8) angeordneten Wandlerelementes ist. Dieses Wandlerelement überträgt beim Ausschalten die Bewegung des beweglichen Schaltstücks (1) gegenläufig auf den Abbrandkontakt (7) des feststehenden Schaltstückes (2).

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Druckgasschalter gemäss dem ersten Teil von Patentanspruch 1.
    • STAND DER TECHNIK
  • Ein derartiger Schalter ist etwa aus US-A-4,658,108 bekannt. Der bekannte Schalter weist einen vom beweglichen seiner beiden Schaltstücke umschlossenen Druckraum mit konstantem Volumen auf. Diesem Druckraum wird beim Ausschalten schaltlichtbogen­erzeugtes Druckgas zugeführt, welches zur Beblasung des Schalt­lichtbogens bei Annäherung des abzuschaltenden Stromes an einen Nulldruchgang verwendet wird. Hierdurch wird zwar in erheblichem Masse Antriebsenergie gespart gegenüber einem Druckgasschalter, bei dem das zur Beblasung des Schaltlicht­bogens verwendete Druckgas ausschliesslich durch eine vom Schalterantrieb betätigte Kolben-Zylinder-Kompressionseinrich­tung erzeugt wird, jedoch konnte bei einem solchen Schalter eine gegebenenfalls erwünschte Erhöhung der Kontakttrennge­schwindigkeit bisher nur durch eine erhebliche Vergrösserung der Antriebsenergie erreicht werden.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, einen Druckgasschalter der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass dessen Kontakttrennge­schwindigkeit gegenüber der Antriebsgeschwindigkeit ohne nen­nenswerte Vergrösserung seiner Antriebsenergie und ohne Verände­rung seiner Löschgeometrie wesentlich erhöht ist.
  • Der erfindungsgemässe Druckgasschalter zeichnet sich dadurch aus, dass er nun zusätzlich Schaltfälle beherrscht, bei denen eine hohe Kontakttrenngeschwindigkeit eine wichtige Rolle spielt. Dies ist besonders beim Schalten kapazitiver Ströme von Bedeutung, welche sich nun in sichere Weise und ohne nennens­werte Erhöhung der Antriebsenergie schalten lassen.
  • Aus DE-C2-29 46 929 ist es zwar bekannt, die Trenngeschwindig­keit der Leistungskontakte eines Druckgasschalters dadurch zu erhöhen, dass der Leistungskontakt des beweglichen Schalt­stückes über eine vom Schalterantrieb betätigte Hebelanordnung oder ein Zahnstangengetriebe betätigt wird. Hierbei wird jedoch die Löschgeometrie der Kontaktanordnung des Druckgasschalters verändert und damit dessen Löschvermögen beeinflusst. Darüber hinaus verschliesst der Leistungskontakt des beweglichen Schalt­stückes bei diesem Schalter den Strömungsausgang des Kompres­sionsraums einer vom Schalterantrieb während des Ausschaltens betätigten Kolben-Zylinder-Kompressionseinrichtung nahezu während der gesamten Kompressionsphase. Daher benötigt dieser Schalter eine vergleichsweise hohe Antriebsenergie.
    • WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
    • Fig. 1 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Kontaktanordnung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Druckgasschalters, welche im linken Teil im Einschaltzustand und im rechten Teil während des Ausschaltens dargestellt ist, und
    • Fig. 2 eine Aufsicht auf einen axial geführten Schnitt durch eine Kontaktanordnung eines weiteren Ausführungsbei­spiels des erfindungsgemässen Druckgasschalters, welche im linken Teil im Einschaltzustand und im rechten Teil im Ausschaltzustand dargestellt ist.
  • In Fig. 1 sind zwei in einem nicht dargestellten, isoliergas­gefüllten Gehäuse befindliche Schaltstücke 1, 2 dargestellt, welche längs einer Achse 3 miteinander in oder ausser Eingriff bringbar sind. Beide Schaltstücke 1, 2 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und sind jeweils mit einem nicht dargestellten Stromanschluss elektrisch leitend verbun­den. Beide Schaltstücke 1 bzw. 2 weisen jeweils einen Nenn­strom- 4 bzw. 5 sowie einen Abbrandkontakt 6 bzw. 7 auf.
  • Das Schaltstück 1 kann von einem ebenfalls nicht dargestell­ten Antrieb längs der Achse 3 verschoben werden und weist eine koaxial zwischen Nennstrom- 4 und Abbrandkontakt 6 ange­ordnete und starr mit dem Nennstrom- 4 und Abbrandkontakt 6 verbundene Isolierdüse 8 mit einer Düsenengstelle 9 auf sowie einen vorzugsweise zum Speichern von Druckgas vorgese­henen, ringförmigen Druckraum 10, welcher über einen zwischen Abbrandkontakt 6 und Innenwand der Isolierdüse 8 vorgesehenen Ringkanal 11 und die Düsenengstelle 9 mit einem stromabwärts der Düsenengstelle 9 befindlichen Auspuffraum 12 verbindbar ist.
  • Das Schaltstück 2 enthält einen vom Nennstromkontakt 5 koaxial umfassten und über elektrisch leitende Stege 13 mit dem Nenn­stromkontakt 5 verbundenen Gleitkontakt 14, in dem der stift­förmig ausgebildete Abbrandkontakt 7 in axialer Richtung ver­schieblich geführt ist. Der Stromübergang vom Gleitkontakt 14 auf den Abbrandkontakt 7 ist hierbei durch Kontaktlamellen 15, die Führung des Abbrandkontaktes 7 durch etwa aus Poly­tetrafluoräthylen bestehende Lagerringe 16 bzw. 17 gewährlei­stet.
  • Am Abbrandkontakt 7 sind ein Verklinkungsteil 18 befestigt sowie eine Ringscheibe 19, auf welcher sich eine Druckfeder 20 mit ihrem unteren Ende abstützt. Das obere Ende der Druck­feder 20 stützt sich auf dem Gleitkontakt 14 ab. In der Isolier­düse 8 ist eine im wesentlichen stromabwärts der Düsenengstelle 9 angeordnete Ausnehmung 21 vorgesehen, in der eine federbe­lastete und mit dem Verklinkungsteil 18 durch eine stromabwärts der Düsenengstelle 9 vorgesehene Oeffnung 22 zusammenwirkende Klinke 23 drehbar gelagert ist. Eine mit der Klinke 23 zusammen­wirkende Nase 24 ist auf der Innenfläche des Nennstromkon­taktes 5 befestigt.
  • Beim Ausschalten wird das Schaltstück 1 durch den nicht darge­stellten Antrieb längs der Achse 3 nach oben bewegt. Nach einem vorgegebenen Hub trennen sich die beiden Nennstromkontakte 4, 5 und kommutiert der abzuschaltende Strom in einen durch die Abbrandkontakte 6, 7 gebildeten Strompfad. Der von der Klinke 23 gehaltene Abbrandkontakt 7 folgt dem Schaltstück 1 währenddessen so lange mit der gleichen Geschwindigkeit und unter Aufladung der Druckfeder 20 nach bis die als Gesperre wirkende Klinke 23 nach einer vorbestimmten Zeitspanne durch Auftreffen auf die feststehende Nase 24 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Hierbei werden das Verklinkungsteil 20 und damit auch der als Spannteil eines Spannwerks dienende Abbrandkontakt 7 freigegeben. Unter der Wirkung der nunmehr aufgeladenen Druck­feder 20 kehrt der Abbrandkontakt 7 seine Bewegungsrichtung um (rechter Teil von Fig. 1) und werden die beiden Abbrand­kontakte 6 und 7 nunmehr gegenläufig angetrieben. Bedingt durch die vergleichsweise geringe träge Masse des Abbrandkontak­tes 7 und eine geeignet gemessene Eindringtiefe des Abbrandkon­taktes 7 im hohlen Abbrandkontakt 6 lässt sich selbst bei Verwendung einer vergleichsweise schwach bemessenen Druckfeder 20 im Moment der Trennung der beiden Abbrandkontakte 6 und 7 eine hohe, etwa der Antriebsgeschwindigkeit entsprechende aber entgegengesetzt gerichtete Geschwindigkeit des Abbrand­kontaktes 7 erreichen. Im Moment der Kontakttrennung bewegen sich daher die beiden Abbrandkontakte 6 und 7 etwa mit doppelter Antriebsgeschwindigkeit auseinander.
  • Bei der Kontakttrennung wird zwischen den Abbrandkontakten 6 und 7 ein Schaltlichtbogen bezogen, der den Druckraum 10 mit aufgeheiztem Isoliergas füllt. Nach Freigabe der Düsen­engstelle 9 durch den Abbrandkontakt 7 wird der Schaltlicht­bogen bei Annäherung des abgeschalteten Stroms an einen Null­durchgang durch das im Druckraum 10 gespeicherte Isoliergas beblasen und zum Erlöschen gebracht. Durch die grosse Kontakt­trenngeschwindigkeit ist hierbei sichergestellt, dass die Isolierdistanz zwischen den beiden Abbrandkontakten 6 und 7 gross genug ist, um der wiederkehrenden Spannung standhalten zu können. Besonders beim Schalten kapazitiver Ströme ist die Kontakttrennungsgeschwindigkeit die begrenzende Grösse, welche sich durch die beschriebenen Massnahmen, ohne die An­triebsenergie übermässig zu erhöhen und ohne die Löschgeometrie der Kontaktanordnung zu verändern, gegenüber einem vergleich­baren Schalter nach dem Stand der Technik in einfacher Weise wesentlich erhöhen lässt.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des erfin­dungsgemässen Druckgasschalters wird eine erhöhte Kontakt­trennungsgeschwindigkeit, ohne das Löschverhalten der Kontakt­anordnung zu verändern, dadurch erreicht, dass als Wanderelement anstelle eines Sperrwerks ein Zahnstangengetriebe verwendet wird. Das Zahnstangengetriebe weist hierbei zwei am Schalt­stück 2 jeweils um eine azimutal geführte Achse drehbar gelager­te Zahnräder 25, 26 auf, sowie vier parallel zur Achse 3 ausge­richtete Zahnstangen 27 bis 30, von denen die Zahnstangen 27 bzw. 30 jeweils am stromabwärts gelegenen Ende der Isolierdüse 8 befestigt sind und jeweils mit radial nach innen gerichteten Zähnen mit radial nach aussen weisenden Zähnen des Zahnrades 25 bzw. 26 in Eingriff sind. Die Zahnstangen 28 bzw. 29 sind an einander diametral gegenüberliegenden Aussenflächen des in Richtung der Achse 3 verschieblichen Abbrandkontaktes 7 eingelassen.
  • Beim Ausschalten werden bei dieser Ausführungsform des erfin­dungsgemässen Druckgasschalters das bewegliche Schaltstück 1 und damit auch cie Zahnstangen 27 und 30 nach oben geführt. Diese nach oben gerichtete Bewegung wird über die Zahnräder 25 und 26 auf die Zahnstangen 28 und 29 in eine mit gleicher Geschwindigkeit erfolgende, aber entgegengesetzt gerichtete Bewegung des Abbrandkontaktes 7 umgewandelt. Bei der Kontakt­trennung werden dann die Abbrandkontakte 6 und 7 bei Beibehalt der Löschgeometrie der Kontaktanordnung mit doppelter Antriebs­geschwindigkeit voneinander entfernt.
  • Durch die Verwendung zweier diametral zur Achse 3 angeordneter Zahnräder 25 und 26 wird eine nahezu kräftefreie Führung der auf Gleitlagern 31 bzw. 32 abgestützten Zahnstangen 28, 29 und entsprechend auch des Abbrandkontaktes 7 erreicht, wodurch erhebliche Antriebsenergie eingespart werden kann. Entsprechend lässt sich auch bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 Antriebs­energie einsparen, wenn der Abbrandkontakt 7 beim Ausschalten zunächst von 2 diametral zur Achse 3 angeordneten Klinken 23 gehalten wird.

Claims (5)

1. Druckgasschalter mit zwei längs einer Achse (3) relativ zueinander beweglichen und jeweils mindestens einen Abbrand­kontakt (6, 7) aufweisenden Schaltstücken (1, 2), von denen eines (1) beweglich und ein anderes (2) feststehend ausge­bildet ist, einem am beweglichen Schaltstück (1) befestigten und beim Ausschalten komprimiertes Löschgas speichernden Druckraum (10) mit schalthubunabhängigem Volumen und einer koaxial zu den beiden Schaltstücken (1, 2) angeordneten und auf dem beweglichen Schaltstück (1) befestigten Isolier­düse (8), deren Düsenengstelle (9) in der Einschaltstellung vom Abbrandkontakt (7) des festehenden Schaltstücks (2) durchsetzt ist und beim Ausschalten den Druckraum (10) mit einem Auspuffraum (12) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbrandkontakt (7) des feststehenden Schaltstücks (2) in axialer Richtung verschieblich in einem Gleitkontakt (14) geführt ist und Teil eines vom beweglichen Schaltstück (1) betätigten und stromabwärts der Düsenengstelle (9) angeordneten Wandlerelementes ist, welches beim Ausschalten die Bewegung des beweglichen Schaltstücks (1) gegenläufig auf den Abbrandkontakt (7) des feststehenden Schaltstücks (2) überträgt.
2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement ein Sperrwerk ist, mit einem vom beweglichen Schaltstück (1) bewegten Gesperre und einem als Abbrandkontakt (7) des beweglichen Schaltstücks (2) dienenden Spannteil.
3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesperre mindestens eine drehbeweglich in der Isolierdüse (8) gelagerte und urch eine stromabwärts der Düsenengstelle (9) gelegene Oeffnung (22) in den Auspuffraum (12) geführte Klinke (23) aufweist, und dass der als Spann­ teil dienende Abbrandkontakt (7) gegen die Wirkung einer Druckfeder (20) verschieblich gelagert ist und ein mit der mindestens einen Klinke (23) zusammenwirkendes Ver­klinkungsteil (18) aufweist.
4. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement ein Zahnstangengetriebe ist mit mindestens einem am zweiten Schaltstück (2) drehbar gelager­ten Zahnrad (25, 26) und mindestens zwei parallel zur Achse (3) angeordneten und mit dem mindestens einen Zahnrad (25, 26) zusammenwirkenden Zahnstangen (27, 28, 29, 30), von denen mindestens eine erste (27, 30) an der Isolierdüse (8) befestigt ist und mindestens eine zweite in den Abbrand­kontakt (7) des feststehenden Schaltstücks (2) eingelassen ist.
5. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wandlerelement an zwei diametral zur Achse (3) angeordneten Stellen auf den Abbrandkontakt (7) des feststehenden Schaltstücks (2) wirkt.
EP88115522A 1987-10-27 1988-09-22 Druckgasschalter Expired - Lifetime EP0313813B2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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CH4211/87A CH675175A5 (de) 1987-10-27 1987-10-27

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0313813A1 true EP0313813A1 (de) 1989-05-03
EP0313813B1 EP0313813B1 (de) 1993-09-01
EP0313813B2 EP0313813B2 (de) 1997-04-02

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP88115522A Expired - Lifetime EP0313813B2 (de) 1987-10-27 1988-09-22 Druckgasschalter

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US (1) US4973806A (de)
EP (1) EP0313813B2 (de)
JP (1) JP2769702B2 (de)
CN (1) CN1016124B (de)
CH (1) CH675175A5 (de)
DE (1) DE3883699D1 (de)
HU (1) HU198803B (de)
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