DE3315622A1

DE3315622A1 - Druckgasschalter

Info

Publication number: DE3315622A1
Application number: DE19833315622
Authority: DE
Inventors: Ruben D. 19355 Malvern Pa. Garzon
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1983-12-01
Also published as: US4440997A

Description

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Druckgasschalter

Die Erfindung bezieht sich auf Druckgasschalter gemass dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Druckgasschalter nützen unter Anwendung des Differentialkolbenprinzips den bei hohen Strömen durch den Lichtbogen in der Löschkammer erzeugten Druck zur Unterstützung des Schaltantriebs bei der Stromunterbrechung ·

Es ist ein Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt (DE-PS 1 130 028), bei welchem die mit dem beweglichen Kontakt kraftschlüssig verbundene verschiebliche Trennwand längs der gesamten won ihr beim Ausschaltv/organg zurückgelegten Strecke mit ihrem Rand jeweils mit einem Teil der Innenfläche des Isolierstoffgehäuses in dichtendem Kontakt steht. Die Löschkammer ist dort während des ganzen Ausschalt Vorgangs gasdicht vom Expansionsraum getrennt. Auch sonst gibt es zwischen Löschkammer und Expansionsraum keine Verbindung. Erst beim Wiedereinschalten öffnet sich ein zwangsläufig ziemlich enger Kanal durch den beweglichen Kontakt, der einen Druckausgleich zwischen Löschkammer und Expansionsraum ermöglicht.

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Bei einem derartigen Druckgasschalter wird der beim Ausschalten worn Lichtbogen in der Löschkammer erzeugte Druck erst beim Wiedereinschalten - und auch dann gegen hohen Strömungswiderstand - abgebaut. Ein rasches Wiedereinschalten nach einer Stromunterbrechung ist dadurch sehr erschwert und erfordert hohen Kraftaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemässen Druckgasschalter zu schaffen, bei welchem rasches Wiedereinschalten nach einer Stromunterbrechung problemlos und mit massigem Kraftaufwand möglich ist.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, schafft einen gattungsgemässen Druckgasschalter, bei welchem bereits gegen das Ende des Ausschaltvorgangs der in der Löschkammer herrschende hohe Druck abgebaut wird. Ein sofortiges Wiedereinschalten ist daher ohne weiteres möglich.

Die Vorteile der Erfindung sind vor allem darin zu sehen, dass bei raschem Wiedereinschalten kein grosser mechanischer Widerstand überwunden werden muss, was eine massigere Dimensionierung des Antriebs erlaubt, zumal derselbe bei gattungsgemässen Schaltern beim Ausschalten grosser Ströme durch die Lichtbogenenergie unterstützt wird, also mit Hinblick auf die Stromunterbrechung nicht sehr gross dimensioniert zu sein braucht.

Ausserdem wird das vom Lichtbogen erhitzte Gas rasch mit Kaltgas durchmischt und die normale dielektrische Festigkeit der Schaltstrecke nach dem Erlöschen des Lichtbogens schnell wiederhergestellt.

Fin Druckausgleich mittels eines durch das Innere des beweglichen Kontaktes geführten Kanals ist nicht erforderlich, daher kann ein solcher Kanal derart ausgebildet

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sein, dass er eine bessere Beblasung des Lichtbogens ermöglicht .

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Druckgasschalter bei geschlossenen Kontakten und

Fig. 2 einen entsprechenden Längsschnitt, jedoch sind die Kontakte geöffnet.

In den Figuren ist ein Druckgasschalter dargestellt, welcher in seinem grundsätzlichen Aufbau ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 aus Isolierstoff enthält sowie einen ausserhalb desselben liegenden, nicht näher bezeichneten Expansionsraum. Das Gehäuse 10 enthält eine Löschkammer 40, in welcher ein an einer Scheibe 35 aus leitendem Material, welche das Gehäuse 10 an seiner Stirnseite verschliesst, befestigter feststehender Abbrandkontakt 46 befestigt ist sowie einen hohlen beweglichen Abbrandkontakt 25 und eine Kompressions vor richtung mit einem mit dem beweglichen Abbrandkontakt 25 verbundenen, hier als Zylinder 48 ausgebildeten beweglichen Teil und einem mit dem Gehäuse 10 verbundenen, hier als Kolben 12 ausgebildeten feststehenden Teil. Durch den Kolben 12 führt ein zentraler Gang 20, in welchem der bewegliche Abbrandkontakt 25 verschieblich geführt ist und der auf der der Kontaktanordnung abgewandten Seite in eine mit dem Expansionsraum in Verbindung stehende Höhlung 21 übergeht, welche grösseren Durchmesser aufweist als der Gang 20.

Der Zylinder 48 umschliesst zusammen mit dem Kolben 12 einen Kompressionsraum 51. Er enthält eine dem Kolben

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12 gegenüberlieqende Stirnwand 52 mit Blasöffnungen 55, 56, welche den Kompressionsraum 51 mit der Löschkammer 40 verbinden.

Der Zylinder 48 trägt auch eine Düse 50 aus Isolierstoff, deren Engnis in der Ausschaltstellung (Fig. 2) zwischen dem Ende des beweglichen Abbrandkontaktes 25 und den löschkammerseitigen Mündungen der Blasöffnungen 55, 56 einerseits und dem feststehenden Abbrandkontakt 46 andererseits liegt sowie einen kreisringförmigen Flansch 49, welcher längs eines ersten Teils der won ihm beim Ausschaltvorgang zurückgelegten Strecke jeweils mit einem Teil der Innenfläche des Gehäuses 10 derart in dichtendem Kontakt steht, dass er dort eine gasdichte verschiebliche Trennwand zwischen der Löschkammer 40 und einer mit dem Expansionsraum über Expansionsöffnungen 14, 15 in Verbindung stehenden Kammer 13 bildet.

Erfindungsgemäss weist das Gehäuse 10 einen Abschnitt grösseren Innendurchmessers 11 auf, so dass längs eines zweiten Teils der vom Flansch 49 beim Ausschalt Vorgang zurückgelegten Strecke die Innenfläche des Gehäuses 10 den Rand des Flansches 49 derart umgibt, dass zwischen beiden ein positiver Abstand besteht.

Durch den Kolben 12 führt von der Höhlung 21 zum Kompressionsraum 51 ein mit einem Ventil versehener Einlasska-3 nal 30.

Durch den hohlen Abbrandkontakt 26 verläuft ein Auslasskanal 75, der löschkammer rs eitig in eine Enddüse 60 ausläuft und am gegenüberliegenden Ende durch eine gasdichte Barriere: 72 verschlossen ist. Er weist seitliche Oeff-0 η utuj ο η 70, 71 auf, die währond eines ersten Teils des Ab ;.i c halt Vorgang s durch die Innenfläche des Gangs 20 verschlossen sind und während eines zweiten Teils des Abschalt-

Vorgangs den Auslasskanal 75 mit der Höhlung 21 verbinden.

Der Flansch 49 ist gegenüber dem der Stirnseite des Gehäuses 10 zugewandten Ende der I solirrstoffdüse 50 zurückgesetzt angeordnet; der Zylinder 48 trägt einen die Düse 50 konzentrisch umgebenden beweglichen Nennstromkontakt 47, welcher mit einem an der Scheibe 35 befestigten, als den feststehenden Abbrandkontakt 46 konzentrisch umgebenden Kranz von Kontakt fingern ausgebildeten feststehender: Nennstromkontakt 45 korrespondiert.

Zwischen dem feststehenden Abbrandkontakt 46 und dem feststehenden Nennstromkontakt 45 münden die Löschkammer 40 mit dem Expansionsraum verbindende Auslassöffnungen 36, 37.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Druckgasschalters ist folgende:

Wenn der Schalter geschlossen ist (Fig. 1), ergibt sich ein Strompfad von der leitenden Platte 35 durch die parallelen geschlossenen Kontaktpaare 45 - 47 und 46 - 25. Dabei können die Nennstromkontakte 45, 47 einen hohen Dauerstrom führen.

Zum Oeffnen des Schalters übt der Anstrieb 26 eine Kraft auf den beweglichen Abbrandkontakt 25 aus und bewegt ihn in die von der Stirnseite zur Rückseite des Gehäuses 10 weisende Richtung. Gleichzeitig bewegen sich auch der Zylinder 48 und die Düse 50, welche mit dem beweglichen Abbrandkontakt 25 fest verbunden sind, in die gleiche Richtung. Während er sich zur offenen Position (Fig. 2) bewegt, trennt sich der bewegliche Nennstromkontakt 47 v/om feststehenden Nennstromkontakt 45 und der Strom kommutiert auf die noch geschlossenen Abbrandkontakte 46 und Im Laufe der Verschiebung des Zylinders 48 verkleinert sich, während die Abbrandkontakte 46 und 25 noch in Kontakt

sind, der Kompressionsraum 51 zwischen dem Zylinder 48 und dem Kolben 12 und der Gasdruck in demselben beginnt zu steigen. Das Gas fliesst axial durch den Lichtbogen, der sich zwischen den sich trennenden Kontakten 46 und 2 5 bildet.

Die vom Lichtbogen abgegebene Energie überträgt sich auf das Gas im Innern der Löschkammer 40 und erhöht dessen Druck. Durch den steigenden Druck innerhalb der Löschkammer 40 entsteht eine Kraft, welche auf die radial nach aussen vorstehenden Flächen des Zylinders 48, insbesondere den Flansch 49 wirkt. Diese Kraft wirkt in die selbe Richtung wie die vom Antrieb 26 auf den Abbrandkontakt 25 ausgeübte. Ist der Lichtbogenstrom gross, so ist die vom Lichtbogen an das in dnr Löschkammer 40 befindliche Gas abgegebene Energie und damit der Druck in derselben gleichfalls gross. Folglich wird auf die bewegliche Kontaktanordnung auch eine qrössere Kraft ausgeübt, welche den Antrieb 26 dabei unterstützt, dieselbe in die offene Position zu treiben. Der Druckanstieg in der Löschkammer 40 während des Ausschaltvorgangs und damit die zusätzliche, die vom Antrieb ausgeübte Kraft unterstützende Kraft, die auf den Zylinder 48 wirkt, sind von der vom Lichtbogen erzeugten Lichtbogenenergie abhängig. Diese wiederum ist proportional zum ausgeschalteten Strom. Folglich wird der Druck des Gases in der Löschkammer 40 und damit die auf den Zylinder 48 ausgeübte zusätzliche Kraft eine Funktion des geschalteten Stroms.

Während des AusschaltVorganges wird ein Punkt erreicht, bf.'i welchem die «seitlichen Oeffnungen 70 und 71 des Abbrandkontaktes 25 den Ganq 20 verlassen. An diesem Punkt entttteht für den Gasstrom ein Weg durch den Auslasskanal 7'>, so dass nun in zwei Richtungen Gas von der Löschkammer 40 durch de:η Lichtbogen und schliesslich in den Eχpansionaraum fliessen kann; einerseits durch die Enddüse

60 des beweglichen Abbrandkontakts 25 und den den Auslasskanal 75, andererseits durch die feststehende Kontaktanordnung, bestehend aus dem feststehenden Abbrandkontakt 46 und dem den feststehenden Nennstromkontakt 45 bildenden Kranz von Kontakt fingern und die Auslassöffnungen 36 und 37. Dieser doppelte Gasstrom bewirkt eine sichere und rasche Unterbrechung des Lichtbogens zwischen den Abbrandkontakten 46 und 25.

Während der bewegliche Zylinder 48 einen Punkt nahe dem rechten Anschlag erreicht, erreicht der Flansch 49 den Abschnitt grösseren Innendurchmessers 11 des Gehäuses 10, wo der dichtende Kontakt zwischen dem Rand des Flansches 49 und der Innenfläche des Gehäuses 10 aufgehoben ist und zwischen beiden ein positiver Abstand besteht. Dadurch kommuniziert dort die Löschkammer 40 mit der Kammer 13, die ihrerseits über die Expansionsöffnungen 14, 15 mit dem Expansionsraum verbunden ist. Der Ueberdruck in der Löschkammer 40 baut sich daher sehr schnell ab und der Schalter kann sofort und mit geringem Kraftaufwand wieder geschlossen werden. Letzteres ist insofern sehr wesentlich, als der Antrieb 26 im Hinblick auf den Ausschaltvorgang wegen der dann wirksamen Unterstützung durch den in der Löschkammer 40 erzeugten Druck massig dimensioniert sein kann.

Zugleich ergibt sich eine rasche Durchmischung des in der Löschkammer 40 erhitzten Gases mit Kaltgas aus der Kammer 13 und dem Expansionsraum. Eine rasche Wiederherstellung der normalen dielektrischen Festigkeit in der Schaltstrecke wird dadurch wesentlich gefördert.

Claims

Patentanspruch e

Druckgasschalter mit einem Expansionsraum, und, in einem länglichen Gehäuse (10) aus Isolierstoff, einer Löschkammer (40) mit mindestens einem ersten an einer Stirnseite des Gehäuses (10) angeordneten feststehenden Kontakt (feststehender Abbrandkontakt 46) und mindestens einem ersten beweglichen Kontakt (beweglicher Abbrandkontakt 25) sowie einem mit demselben kraftschlüssig verbunden beweglichen Teil einer Kompressionsv/orrichtung (Zylinder 48), welcher eine einen Kompressionsraum (51) wenigstens teilweise gegen die Löschkammer (40) begrenzende, mindestens eine Blasöffnung (55, 56) aufweisende Stirnwand (52) sowie eine der Stirnseite des Gehäuses (10) gegenüberliegende verschiebliche Trennwand (Flansch 49) enthält, welche mindestens längs eines ersten Teils der von ihr beim Ausschaltvorgang zurückgelegten Strecke mit ihrem Rand jeweils mit einem Teil der Innenfläche des Gehäuses (10) derart in dichtendem Kontakt steht, dass Sie die Löschkammer (40) dort gasdicht vom Expansionsraum trennt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) derart ausgebildet ist, dass längs eines zweiten Teils der von der Trennwand (Flansch 49) beim Abschaltvorgang zurückgelegten Strecke der dichtende Kontakt zwischen dem Rand der Trennwand (Flansch 49) und der Innenfläche des Gehäuses (10) an wenigstens einem Teil des ersteren aufgehoben ist, so dass dort eine Verbindung der Löschkammer (40) zum Expansionsraum hergestellt ist.
2. Druckgasschalter nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, dass längs des zweiten Teils der von der Trennwand (Flansch 49) beim Ausschaltvorgang zurückgelegten Strecke jeweils ein Teil der Innenfläche des Gehäuses (10)

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den Rand der Trennwand (Flansch 49) derart umgibt, dass wenigstens längs eines Teils des letzteren zwischen beiden ein positiver Abstand besteht.
3. Druckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsraum (51) mit dem Expansionsraum über ein Ventil, dessen Durchlassrichtung vom Gasraum zum Kompressionsraum (51) weist, verbunden ist.
4. Druckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Expansionsraum und dem Kompressionsraum (51) durch einen Einlasskanal (30) hergestellt ist, welcher durch einen der Stirnwand (52) des Kompressionsraums (51) gegenüberliegenden feststehenden Teil der Kompressionsvorrichtung (Kolben 12) geführt ist.
5. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

mit einem durch den ersten beweglichen Kontakt (beweglicher Abbrandkontakt 25) geführten, mindestens in der Ausschaltstellung die Löschkammer (40) mit dem Gasraum verbindenden Auslasskanal (75), welcher mindestens während eines ersten Abschnitts des Ausschaltvorgangs verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste bewegliche Kontakt (beweglicher Abbrandkontakt 25) an seinem Ende eine Enddüse (60) aufweist, in welche der Auslasskanal (75) ausläuft und dass derselbe während eines zweiten Abschnitts des Ausschaltvorgangs offen ist.
6. Druckgasschalter nach Anspruch 5, bei welchem der erste be wogliche Kontakt (beweglicher Abbrandkontakt 25)

H) durch einen Gang (20) im feststehenden Teil der Kompressionsvorrichtung (Kolben 12) geführt ist und mindestens eine in den Auslasskanal (75) mündende seitliche

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Oeffnung (70, 71) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine in den Auslasskanal (75) mündende seitliche Oeffnung (70, 71) während des ersten Abschnitts des Ausschaltvorgangs durch die Innenfläche des Gangs (20) im feststehenden Teil der Kompressionsvorrichtung (Kolben 12) verschlossen ist und während des zweiten Abschnitts des Ausschaltvorgangs den Auslasskanal (75) mit dem Expansionsraum verbindet.
7. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Gehäuses (10) mindestens eine die Löschkammer (40) mit dem Gasraum verbindende Auslassöffnung (36, 37) mündet.
8. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

bei welchem der bewegliche Teil der Kompressionseinrichtung als Zylinder (48) ausgebildet ist, welcher eine Düse (50) aus Isolierstoff trägt sowie einen kreisringförmigen Flansch (49), der als verschiebliche Trennwand wirkt, und der feststehende Teil der Kompressionseinrichtung als Kolben (12) ausgebildet ist und das Engnis der Düse (50) in der Ausschaltstellung zwischen dem Ende des ersten beweglichen Kontakts (beweglicher Abbrandkontakt 25) und den löschkammerseitigen Mündungen der Blasöffnungen (55, 56) in der Stirnwand (52) des Kompressionsraumes (51) einerseits und dem ersten feststehenden Kontakt (feststehender Abbrandkontakt 46) andererseits liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (49) gegenüber dem der Stirnseite des Gehäuses (10) zugewandten Ende der Düse (50) zurückgesetzt angeordnet ist und die letztere an ihrer Aussenseite mindestens einen zweiten beweglichen Kontakt trägt, welcher als beweglicher Nennstromkontakt (47) ausgebildet ist und an der Stirnseite des Gehäuses (10) ein zweiter, als feststehender Nennstromkontakt (45) ausgebildeter Kontakt angeordnet ist, während der erste feststehende

Kontakt als feststehender Abbrandkontakt (46) und der erste bewegliche Kontakt als beweglicher Abbrandkontakt (25) ausgebildet ist.
9. Druckgasschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststehende Nennstromkontakt (45) als ein den feststehenden Abbrandkontakt (46) umgebender Kranz von Kontakt fingern ausgebildet ist.
10. Druckgasschalter nach den Ansprüchen 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine an der Stirnseite des Gehäuses (10) mündende, die Löschkammer (40) mit dem Expansionsraum verbindende Auslassöffnung (36, 37) in den zwischen dem feststehenden Nennstromkontakt (45) und dem feststehenden Abbrandkontakt (46) liegenden Teil der Löschkammer (40) mündet.