PL151229B1

PL151229B1 - Pneumatically operated switch

Info

Publication number: PL151229B1
Application number: PL1985255504A
Authority: PL
Original assignee: Bbc Aktiengesellschaft Brown Boveri & Cie
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-09-24
Publication date: 1990-08-31
Also published as: PL255504A1; ES8702733A1; ES547296A0; HU192364B; EP0175954A3; EP0175954A2; DE3438635A1; US4658108A; IN165782B; BR8504579A; JPH07109744B2; EP0175954B1; JPS6182631A; CA1266699A; DE3574308D1; HUT38463A

Description

OPIS PATENTOWY

151 229

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr-Zgłoszono: 85 09 24 /P · 255504/ Pierwszeństwo: 84 09 26 Szwajcaria

Zgłoszenie ogłoszono: 86 07 15

Opis patentowy opublikowano: 1991 01 31 ę?^VTELNlA li ęi;v hh-ij - 1, ' ,,

Int. Cl.’ H01H 33/91

Twórca wynalazku

Uprawniony z patentu: BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri und Cie., Baden /Szwajcaria/

WYŁĄCZNIK POWIETRZNY

Wynalazek dotyczy wyłącznika powietrznego, zawierającego obudowę, wypełnioną gazem gaszącym i posiadającą komorę rozprężania, dwie części rozłączające, umieszczone w osi wzdłużnej, poruszalne razem do lub ze styku i posiadające styk dla łuku elektrycznego i styk dla prądu znamionowego, obudowę komory gaszącej, otaczającej poosiowo styk dla łuku elektrycznego jednej z obydwu części rozłączających i mocno z nią połączonej, komorę nagrzewania, znajdującą się w obudowie komory gaszącej, umieszczonej poosiowo do styku dla łuku elektrycznego ruchomej części rozłączającej, do przyjęcia gazu gaszącego, który przy wyłączaniu jest ogrzewany od łuku elektrycznego, powstającego przy rozłączaniu we wnętrzu obudowy komory gazu gaszącego, suwak zamocowany w obudowie komory gaszącej, do wytwarzania sprężanego gazu gaszącego przy wyłączaniu w komorze sprężania, umieszczonej poosiowo do ruchomej części rozłączającej, i zawór zwrotny, umieszczony w suwaku, znajdującym się w komorze ogrzewania.

Tego rodzafju wyłącznik powietrzny jest znany z opisu patentowego USA nr 4 139 752.

Przy rozłączaniu wyłącznik nagrzewa się od łuku elektrycznego a sprężany gaz gaszący jest zmagazynowany w komorze nagrzewania. Sprężany gaz gaszący jest przy rozłączaniu wytwarzany dodatkowo przez ruch tłoka sprężającego w przestrzeni ciśnieniowej, połączonej przez zawór zwrotny z komorą nagrzewania. Przez te środki jest możliwe także wtedy osiągnięcie gaszenia łuku elektrycznego z porównywalnie nieznaczną energią napędową, gdy ciśnienie gazu gaszącego w komorze nagrzewania, sprężanego przez nagrzewanie jest nieznaczne. Przy rozłączaniu silnym prądem zwarciowym zawór zwrotny zamyka jednakże wysokie ciśnienie sprężanego gazu gaszącego, magazynowanego w komorze nagrzewania i hamuje ruch tłoka sprężającego poruszającego się w komorze sprężania. Z europejskiego opisu patentowego nr 0 035 581 jest znany wyłącznik powietrzny, w którym ciśnienie wydmuchowe, potrzebne do zgaszenia łuku elektrycznego jest wytwarzane przez sam łuk elektryczny w przestrzeni połukowej i jest

151 229

151 229 przeprowadzone przez zawór zwrotny do przestrzeni ciśnieniowej, w której jest magazynowane aż do rozpoczęcia wydmuchu. Tłok sprężający, który powoduje czasowe opóźnienie w dalszym sprężaniu gazu gaszącego, który przez zawór zwrotny zasila ciśnieniową przestrzeń zasilającą, z której razem ze sprężonym gazem, wytworzonym przez sam łuk elektryczny, przepływa przez dalszy zawór zwrotny do przestrzeni połukowej aby z niej zdmuchująo łuk elektryczny przepłynąć do komory rozprężenia,.

Przy małych prądach wyłączeniowych ciśnienie wydmuchowe, wytwarzane przez łuk elektryczny, jest nieznaczne tak, że przestrzeń połukowa wystarcza dla tego magazynowania i zawór zwrotny pomiędzy przestrzenią połukową a przestrzenią magazynowania ciśnieniowego nie otwiera się. Sprężony gaz gaszący, wytwarzany przez tłok sprężający, niezależnie od wielkości prądu wyłączeniowego, jak już wspomniano, przepływa przez dwa leżące jeden za drugim zawory zwrotne do przestrzeni połukowej i wydmuchuje łuk elektryczny.

Przy bardzo dużych prądach wyłączeniowych ciśnienie gazu, wytwarzane przez łuk elektryczny, jest tak duże, że nie tylko przestrzeń połukowa, ale także przestrzeń magazynowania ciśnieniowego jest dzięki temu całkowicie zasilana. Sprężony gaz gaszący, wytwarzany przez gaz sprężający nie może dlatego dotrzeć do przestrzeni magazynowania ciśnieniowego, ponieważ pozostaje on pod niewielkim ciśnieniem. Ciśnienie w komorze sprężania wzrasta dalej pod wpływem tłoka sprężającego, zależnie od skoku, ponieważ nie może nastąpić odciążenie w przestrzeni magazynowania ciśnieniowego. Aby uniknąć przeciążenia napędu rozłączania jest umieszczony w obudowie dalszy, nastawialny zawór zwrotny, który przy za wysokim ciśnieniu sprężenia odpowietrza bezpośrednio komorę sprężania do komory rozprężania. Wiele zaworów zwrotnych, które są umieszczone częściowo w obszarze, gdzie mogą docierać gorące gazy i pozostałości z rozłączania, jest uważanych za miejsca osłabione, ponieważ tutaj nie można wykluczyć efektu sprężynowania lub erozji w gniazdach uszczelniających.

Zadaniem leżącym u podstaw wynalazku jest stworzenie wyłącznika powietrznego, na wstępie podanego rodzaju, którego moc wyłączania przy jednoczesnym zmniejszeniu energii napędowej, byłaby podwyższona.

Zadanie to zostało rozwiązane dzięki temu, że styk dla łuku elektrycznego ruchomej części rozłączającej ma kanał odpływowy, rozciągający się w osiowym kierunku od swojego wolnego końca, zwróconego do nieruchomej części rozłączającej i połączony z komorą rozprężania, i że pomiędzy komorą sprężania a komorą rozprężania jest przewidziane urządzenie do sterowania ciśnieniem i dopełnianiem gazu gaszącego, znajdującego się w komorze sprężania, a długość kanału odpływowego, pomiędzy wolnym końcem styku dla łuku elektrycznego ruchomej części rozłączającej a wylotem kanału odpływowego do komory rozprężania jest większa od C/32f i mniejsza od C/3f, gdzie C jeat prędkością dźwięku gazu gaszącego, a f jest częstotliwością sieci rozłączanego prądu. Urządzenie do sterowania ciśnieniem i dopełnianiem gazu gaszącego, znajdującego się w komorze sprężania, jest utworzone z zaworu nadciśnieniowego i zaworu zwrotnego oraz z co najmniej dwóch rozciągających się w kierunku osiowym rowków, z których pierwszy rowek w położeniu włączania, a drugi rowek w położeniu wyłączania łączy komorę sprężania z komorą rozprężania.

Celowo rowki są umieszczone co najmniej częściowo w tłoczysku, umieszczonym osiowo na suwaku lub rowki są umieszczone co najmniej częściowo w ścianie wewnętrznej wydrążonego cylindra, ograniczającego od zewnątrz komorę sprężania, z tym, że rowki są głębsze niż szersze i mają różne długości. Korzystnie nieruchoma część rozłączająca ma wydrążony styk dla prądu znamionowego, otaczający styk dla łuku elektrycznego, który w położeniu włączania styka się ze stykiem dla prądu znamionowego ruchomej części rozłączającej, zamocowanym w obudowie komory gaszącej. Wyłącznik powietrzny według wynalazku odznacza się tym, że bez użycia dodatkowych ruchomych części ciśnienie sprężania jest w pewny sposób ograniczone, względnie zredukowane, zanim zostanie przekroczona miarodajna wartość maksymalna, ustalona dla uruchomienia napędu i, że przez to jednocześnie jest stworzona możliwość szczególnie skutecznego podwójnego wydmuchu zgaszanego łuku elektrycznego. Korzystne jest to, że suwak sprężający podczas całego skoku wyłączania jest w ten sposób sterowany siłowo, że unika się niedopuszczalnych obciążeń.

151 229

Przedmiot wynalazku jeat uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wyłącznik powietrzny w przekroju, a fig. 2 - odmianę wyłącznika powietrznego według fig. 1. Na fig. 1 i 2 jest pokazany osiowy przekrój przez wyłącznik powietrzny, przy czym po prawej stronie osi symetrii jest pokazany stan wyłączania, a po jej lewej stronie stan włączenia. Na tych figurach jednakowe części, które spełniają jednakowe funkcje są zaopatrzone w jednakowe oznaczniki. Wyłącznik powietrzny, według fig. 1, ma cylindryczną, korzystnie z materiału izolacyjnego, obudowę 1, która jest zamknięta od góry przez szczelny ciśnieniowo, metalowy kołnierz przyłączeniowy 2. Od dołu jest ona zamknięta również szczelnie ciśnieniowo, nie całkowicie przedstawioną, cylindryczną metalową obudową 3· Ściana czołowa 4 obudowy 3 zawiera częśó 5 w postaci wydrążonego cylindra. Otwór w osi ściany czołowej 4, zaopatrzony w pierścień tłokowy, a także wydrążony cylinder 5 służą jako prowadnica dla suwaka 6, który od nie przedstawionego napędu włączającego może poruszać się osiowo do góry i do dołu. Suwak 6 składa się z wydrążonego, cylindrycznego tłoczyska 7, na którego górnym końcu jest nasadzony wydrążony styk 8 dla łuku elektrycznego ruchomej częśoi rozłąoza jące j 8a i z tłoka sprężającego 9, który ma cylindryczne przedłużenie, stanowiące styk 9a dla prądu znamionowego ozęści rozłączającej 8a, w które jest wkręcona izolująca nasadka 10 posiadająca osiowy otwór 34· Izolująca nasadka 10, tłok sprężający 9 i styk 9a dla prądu znamionowego tworzą obudowę 10a ograniczającą komorę nagrzewania 11, otaczającą poosiowo styk 8 dla łuku elektrycznego. Ściana czołowa 4, wydrążony cylinder 5, tłoczysko 7 i tłok sprężający 9 ograniczają komorę sprężania 12. Komora sprężania 12 może być odpowietrzana, od strony komory rozprężania 13, przez zawór zwrotny 12a, umieszozony w ścianie czołowej 4, a przez zawór zwrotny 14, zabudowany w tłoku 9, odpowietrzana w kierunku komory nagrzewania 11. Jeżeli ciśnienie w komorze sprężania 12 przekroczy ustaloną wartość, to zadziała zawór nadciśnieniowy 30, który umożliwia zmniejszenie nadmiernego ciśnienia przez wypływ powietrza do komory rozprężania 13· W tłoczysku 7 jest przewidzianych szereg rowków 15, 16, które umożliwiają w krótkim czasie odpowietrzanie komory sprężania 12 w kierunku komory rozprężania 12. Te rowki 15, 16 rozciągają się w osiowym kierunku i mają głębokość odpowiadającą szerokości, aby utrzymać mechaniczne obciążenie ślizgającego się po nim pierścienia tłokowego, na niewielkim poziomie. Rowki 15, 16 mogą posiadać także różną długość i mogą być co najmniej częściowo umieszczone na ścianie wewnętrznej wydrążonego cylindra 5· W stanie włączonym styk 8 dla łuku elektrycznego, względnie styk 9a dla prądu znamionowego pozostaje w styku z masywnie ukształtowanym stykiem 17 dla łuku elektrycznego, względnie z wydrążonym stykiem 18 dla prądu znamionowego w części rozłączającej 17a, połączonej przewodząco z kołnierzem przyłączeniowym 2. Tor prądu znamionowego tego wyłącznika powietrznego przebiega od kołnierza przyłączeniowego 2, przez styki 18 i 9a dla prądu znamionowego do tłoka sprężającego 9 i dalej przez tłoczysko 7 aż do nie przedstawionego styku z dalszym kołnierzem przyłączeniowym.

Sposób działania wyłącznika powietrznego według wynalazku jest bliżej wyjaśniony za pomocą fig. 1. W pozycji włączenia /lewa część fig. 1/ komora sprężania 12 jest połączona przez rowki 15 z komorą rozprężania 13 i ciśnienie gazu gaszącego może się przez rowki 15 wyrównać w obydwu komorach 12 i 13· To wyrównanie ciśnienia może alternatywnie odbywać się także przez zawór zwrotny 12a, umieszczony w dnie wydrążonego cylindra 5. Przy wyłączeniu na suwak 6 oddziaływuje napęd rozłączający i przesuwa go do dołu. Gdy styk 9a dla prądu znamionowego oddzieli się od styku 18 dla prądu znamionowego, to tor prądu znamionowego przerywa się i tor prądu znamionowego zmienia kierunek do wewnątrz, do styków 8, dla łuku elektrycznego toru prądu mocy, któiy przebiega od kołnierza przyłączeniowego 2 przez styki 17 i 8 dla łuku elektrycznego tłoczyska 7. Jeżeli nastąpi wtedy rozdzielenie styków 8 i 17 dla łuku elektrycznego, to powstaje pomiędzy obydwoma stykami 8 i 17 nie przedstawiony łuk elektryczny. Łuk elektryczny ogrzewa gaz gaszący w komorze nagrzewania 11 i powoduje wzrost jego ciśnienia, podczas gdy część zjonizowanego i zanieczyszczonego gazu jest usuwana ze strefy połukowej przez kanał odpływowy 32, znajdujący się w wydrążonym styku 8 i w wydrążonym tłoczysku 7.

151 229

Przy małym prądzie łuku energia łuku elektrycznego nie wystarcza do wystarczającego podniesienia ciśnienia gazu w komorze nagrzewania 11. Dlatego jest przewidziane dodatkowo urządzenie sprężające, niezależnie od łuku elektrycznego, do wytwarzania sprężanego gazu gaszącego, które jest utworzone przez odpowiednio zwymiarowaną długość kanału odpływowego 32, pomiędzy wolnym końcem, zwróconym do nieruchomej części rozłączającej 17, styku 8 dla łuku elektrycznego i otworami 33 w tłoczysku 7, z którymi jest połączony kanał odpływowy 32 w komorze rozprężania 13, które w ten sposób zasila, że w fazie początkowej tworze nia się łuku elektrycznego tylko nieznaczna część nagrzanego gazu gaszącego zostaje przesłana.

W komorze sprężania 12 znajduje się dodatkowe urządzenie sprężające, wytwarzające w zależności od skoku suwaka 6, sprężony gaz gaszący. Na początku ruchu wyłączania, w porównywalny sposób, krótkie rowki 15 umożliwiają wpust.niewielkiej ilości gazu gaszącego z komory sprężania 12 tak, że ciśnienie sprężania nieznacznie z opóźnieniem zmniejsza się i sprężony gaz gaszący jest najpierw wtedy do dyspozycji, gdy jest pożądany wydmuch łuku elektrycznego. Przez odpowiednio zwymiarowaną długość kanału odpływowego 32 jednocześnie osiąga się, że przy porównywalnie słabszym prądzie łuku, nagrzany gaz samoczynnie dociera do komory nagrzewania 11 i przepływa całkowicie przez kanał odpływowy 32 do komory rozprężania 13· Długość kanału odpływowego 32 może wynosić od C/32f do C/3f, gdzie C - prędkość dźwięku gazu gasząoego w warunkach napełnienia, f - częstotliwość sieci rozłączanego prądu. Okazało się, że przy takich długościach odpływ gazu gaszącego ze strefy połukowej do komory rozprężania 13, przy istniejącyoh małyoh prądach łuku, jest utrudniony. To może być uwarunkowane tym, że przy kanale odpływowym 32, w ten sposób zwymiarowanym zimny gaz gaszący, znajdujący się w kanale odpływowym 32 blokuje odpływ nagrzanego gazu gaszącego, znajdującego się w strefie połukowej, i sprzyja przepływowi nagrzanego gazu gaszącego do komory nagrzewania 11. W fazie nagrzewania łuku elektrycznego tworzy się mianowicie w strefie połukowej fala zgęszczeniowa, rozprzestrzeniająca się w gazie gaszącym z prędkością dźwięku C, która odprowadzana jest do kanału odpływowego 32 i przy odpowiedniej, wspomnianej długości kanału odpływowego 32 odbija się w ten sposób na jego końcu, otwartym do komory sprężania 13, jako fala zagęszczająca, że odbita fala zagęszcza jąca dociera, w przybliżeniu w chwili przejścia krzywej prądu przeE zero, ponownie w obszar strefy połukowej. Ciśnienie gazu gaszącego, znajdującego się w komorze nagrzewania 11 nie wzrasta jednak wystarczająco aby zdmuchnąć łuk elektryczny tak, że gaz gaszący, wytworzony w komorze sprężania 12, podwyższający ciśnienie, przepływa po bardzo krótkiej drodze przez zawór zwrotny 14 bezpośrednio do komory nagrzewania 11. Sprężony gaz gaszący, znajdujący się w komorze nagrzewania 11 dociera, przy zbliżaniu się krzywej prądu do przejścia przez wartość zerową, do strefy gaszenia i o ile nieruchomy styk 17 dla łuku elektrycznego uwolni otwór 34 w obudowie 10a, wywołuje podwójne i dlatego szczególnie sku toczne zdmuchnięcia łuku elektrycznego.

Podczas właściwego procesu sprężania rowki 15 i 16 są zakryte i dlatego nie działają. Jest jednak możliwe, że zależnie od charakterystyki napędu, w procesie sprężania może występować szczytowe ciśnienie, które powinno byó pokonane, bez wzmocnienia napędu, przez zawór nadciśnieniowy 14 i/lub przez porównywalne wydłużenie rowków 16 aż w pobliże rowków 15· Na chwilę przed osiągnięciem położenia wyłączania, w którym obszar skoku, gdzie łuk elektryczny jest już zgaszony i dlatego żaden dmuch nie jest więcej potrzebny, szczątkowe ciśnienie sprężania jest odprowadzane przez rowki 16 do komory rozprężania 13· Przez te środki potrzebna energia napędu rozłączającego, a dzięki temu także napęd może byó utrzymany w szczególnie małych wymiarach. Jeżeli przerywane są bardzo wysokie prądy wyłączenio we, to w komorze nagrzewania 11 występują bardzo wysokie ciśnienia gazu i zmagazynowany tutaj gaz rozprzestrzenia się tylko dla wydmuchu, aż do zgaszenia łuku elektzycznego.

W tym przypadku zawór zwrotny 14 nie otwiera się. Jednakże unika się blokowania napędu, ponieważ cały sprężony gaz z komory sprężania 12 może odpływać przez rowki 16 i/lub zawór nadciśnieniowy 30 do komory rozprężania 13·

151 229

Na figurze 2 jest przedstawiona odmiana wyłącznika powietrznego. Suwak 6 zawiera zamiast tłoka 9, tłok z tuleją 20, a zamiast ściany czołowej 4, nieruchomy tłok 19, który jest mocno połączony z metalową obudową 3. Suwak 6 ślizga się szczelnie po tłoku 19 i zamyka razem z nim komorę sprężania 12. W tłoku 19 jest zabudowany zawór zwrotny 12a, przewidziany do napełniania komory sprężania 12, który przy włączaniu wyłącznika pozwala na odpowietrzenie komory sprężania 12 do komory rozprężania 13· Styk 17 dla łuku elektrycznego nieruchomej części rozłączającej 17a jest wydrążony, przez co spodek łuku elektrycznego na tym styku 17 jest, szczególnie intensywnie wydmuchiwany. Układ według fig. 2 ma zaletę, że obydwie powierzchnie bieżne pierścieni tłokowych, umieszczonych w tłoku 19 są osłonięte od opadającego z góry pyłu z rozłączanych styków. Szczególnie dobra jest ochrona powierzchni wewnętrznej leżącego wewnątrz pierścienia tłokowego, ponieważ sprężony gaz, odpływający przez rowki 15 i 16 przesuwa się po ścianie wewnętrznej tłoka z tuleją 20, tak że powierzchnia bieżna zewnętrznego pierścienia tłokowego jest korzystnie ochroniona.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Wyłącznik powietrzny zawierający obudowę, wypełnioną gazem gaszącym i posiadającą komorę rozprężania, dwie części rozłączające, umieszos one w osi wzdłużnej poruszalne gazem do lub ze styku i posiadające styk dla łuku elektrycznego 1 styk dla prądu znamionowego; obudowę komory gaszącej, otaczającej poosiowo styk dla łuku elektrycznego jednej z obydwu części rozłączających i mocno z nią połączonej, komora nagrzewania, znajdująca się w obudowie komory gaszącej, umieszczonej poosiowo do styku dla łuku elektrycznego ruchomej części rozłączającej, do przyjęcia gazu gaszącego, który przy wyłączeniu jest ogrzewany od łuku elektrycznego, powstającego przy rozłączaniu we wnętrzu obudowy komory gazu gaszącego, suwak zamocowany w obudowie komory gaszącej,, do wytwarzania sprężanego gazu gaszącego przy wyłączaniu w komorze sprężania, umieszczonej poosiowo do ruchomej części rozłączającej i zawór zwrotny, umieszczony w suwaku i znajdującym się w komorze ogrzewania, znamienny tym, że etyk /8/ dla łuku elektrycznego ruchomej części rozłączającej /8a/ ma kanał odpływowy /32/, rozciągający się w osiowym kierunku od swojego wolnego końca, zwróconego do nieruchomej części rozłączającej /17a/ i połączony z komorą rozprężania /13/ i» że pomiędzy komorą sprężania /11/ a komorą rozprężania /13/ jest przewidziane urządzenie do sterowanie olśnieniem i dopełnianiem gazem gaszącego, znajdującego się w komorze sprężania /12/, a długość kanału odpływowego /32/, pomiędzy wolnym końcem styku /8/ dla łuku elektrycznego ruchomej części rozłączającej /8a/ i wylotem kanału odpływowego /32/ do komory rozprężania /13/ jest większa od C/32f i mniejsza od C/3f, gdzie C jest prędkością dźwięku gazu gaszącego, a f jest częstotliwością sieci rozłączanego prądu.
2. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie do sterowania ciśnieniem i do dopełnianiem gazu gaszącego, znajdującego się w komorze sprężania /12/ jest utworzone z zaworu nadciśnieniowego /30/ i zaworu zwrotnego /12a/ oraz z co najmniej dwóch rozciągających się w kierunku osiowym rowków /15, 16/, z których pierwszy rowek /15/ w położeniu włączenia, a drugi rowek /16/ w położeniu wyłączenia łączy komora sprężania /12/ z komorą rozprężania /13/·
3. Wyłącznik według zastrz. 2, znamienny tym, że rowki /15, 16/ są umieszczone co najmniej częściowo w tłoczysku /7/, umieszczonym osiowo na suwaku /6/.
4· Wyłącznik według zastrz. 2, znamienny tym, że rowki /15» 16/ są umieszczone co najmniej częściowo w ścianie wewnętrznej wydrążonego cylindra /5/, ograniczającego od zewnątrz komorę sprężania /12/.
5. Wyłącznik według zastrz. 2 albo 3, albo 4, znamienny tym, że rowki /15, 16/ są głębsze niż szersze i mają różne długości.

151 229
6. Wyłącznik według zastrz. 1, znamienny tym, że nieruchoma część rozłączająca /I7a/ ma wydrążony styk /18/ dla prądu znamionowego, otaczający styk /17/ dla łuku elektrycznego, który w położeniu włączania styka się ze stykiem /9a/, dla prądu znamio nowego ruchomej części rozłączającej /8a/, zamocowanym w obudowie /lOa/ komory gaszącej.

FIG.1

151 229

FIG.2