CH679095A5 - - Google Patents

Description

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CH679 095 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Der bei solchen Druckgasschaltern, sogenannten Blaskolbenschaltern, zur Unterbrechung notwendige Blasdruck ist stark stromabhängig. Je höher der zu unterbrechende Strom ist, umso höher muss der zu seiner Unterbrechung nötige Blasdruck sein. Diesem Erfordernis kommt entgegen, dass bei hohen Ausschaltströmen der Gasabfluss durch den Schaltlichtbogen vermindert oder sogar ganz unterbunden wird und das Gas im Zylinderraum durch den Schaltlichtbogen aufgeheizt wird. Durch diese Effekte entsteht im Zylinderraum bei höherem Ausschaltstrom automatisch ein höherer Druck als bei kleinem Ausschaltstrom.

Bei bekannten Druckgasschaltern mit ortsfestem Blaskolben entsteht der höchste Blasdruck allerdings im Moment des Strommaximums, und im darauffolgenden Stromnulldurchgang, wenn ein hoher Blasdruck eigentlich erwünscht wird, ist er schon wieder auf einen viel kleineren Wert zusammengefallen, da die oben beschriebenen Effekte bei abnehmendem Strom wieder verschwinden. Zudem werden bei solchen Blasdruckschaltern grosse Anforderungen an das Antriebssystem gestellt, da der erhöhte Blasdruck über den Blaszylinder eine bremsende Kraft ausübt. Die vom Antrieb aufzubringende Antriebskraft muss so gross sein, dass die Kontakte des Schalters trotz dieser bremsenden Kraft im Nulldurchgang des Ausschaltstromes eine für das Wiederstehen der Einschwingspannung genügende Öffnungsdistanz aufweisen. Auf keinen Fall ist es zulässig, dass der bewegliche Kontakt seine Bewegungsrichtung wechselt und sich dadurch die Distanz zwischen den Kontakten wieder vermindert.

Beim aus der DE-OS 3 017 980 bekannten Druckgasschalter werden die oben geschilderten Probleme dadurch entschärft, dass ein gefederter Blaskolben verwendet wird. Oberschreitet der Blasdruck im Zylinderraum einen durch die Vorspannung der Kolbenfeder gegebenen Wert, bewegt sich der Blaskolben gegen die Feder. Das Volumen des Zylinderraumes wird dadurch erhöht, und damit der Druckaufbau reduziert und zeitlich verlängert Dadurch wird erreicht, dass die Bückwirkung auf das Antriebssystem geringer ist und im Nulldurchgang des Ausschaltstromes ein grösserer Blasdruck zur Verfügung steht. Die Bewegung des gefederten Blaskolbens dieses bekannten Schalters wird durch ortsfeste Anschläge begrenzt. Wenn nun der Druck im Zylindervolumen so weit ansteigt, dass der Blaskolben auf den Anschlag trifft, kann sich das Zylindervolumen nicht mehr vergrössern. Der Druck wird deshalb wieder steiler ansteigen und ebenso werden wieder grössere Rückwirkungen auf das Antriebssystem wirksam.

Auch aus der DE-OS 2 108 871 ist ein Druckgasschalter bekannt, der einen gefederten Biaskolben aufweist. Dieser Schalter hat statt des bewegten Blaszylinders einen ortsfesten Blaszylinder und einen weiteren, mit dem bewegten Kontakt verbundenen Kolben. Der gefederte Blaskolben besitzt keine Anschläge. Im Ruhezustand ist die Blaskolbenfeder voll entspannt. Deshalb wird sich der Blaskolben schon beim stromlosen Ausschalten oder beim Ausschalten kleiner Ströme bewegen. Dies hat eine unerwünschte Blasdruckreduktion in diesen Schaltfällen zur Folge. Bei sehr hohem Druckaufbau wird die Kolbenbewegung dadurch begrenzt, dass die Feder auf Block gedrückt wird. Dies hat die gleiche Wirkung wie ein ortsfester Anschlag. Abgesehen von diesen Unterschieden verhält sich der Schalter gleich wie derjenige nach der DE-OS 3 017 980, insbesondere wird auch bei diesem Schalter die Rückwirkung auf den Antrieb bei hohem Druckaufbau nicht begrenzt.

Aus der EP-B1 0 146 671 ist ein Druckgasschalter mit einem gefederten Blaskolben bekannt, bei welchem durch die Federung des Blaskolbens bewirkt wird, dass der Blaskolben als Überdruckventil arbeitet. Ein hoher Druckanstieg im Zylindervolumen wird dadurch auf einen für das Antriebssystem noch zulässigen Wert begrenzt. Die Einfederung des Blaskolbens ist allerdings gering, so dass die dadurch erzielte Zunahme des Zylindervolumens vernachlässigbar klein ist. Ausserdem geht beim Ansprechen des Blaskolbens Gas verloren und dieses steht beim anschliessenden Nulldurchgang nicht mehr für die Beblasung des Lichtbogens zur Verfügung.

Weitere Schalter mit gefederten Blaskolben sind aus den Schriften CH-PS 471456, DE-OS 2 361 687 und DE-OS2 363 171 bekannt. DieKolben-federung bewirkt aber bei diesen Schaltern keine Verminderung der auf den Antrieb rückwirkenden Kraft. All diesen Schaltern gemeinsam ist es jedoch, dass der Weg des gefederten Blaskolbens durch einen ortsfesten Anschlag oder dadurch, dass die Feder auf Block gedrückt wird, begrenzt wird.

Ein weiterer Schalter mit gefedertem Blaskolben ist aus der EP-A2 0 126 929 bekannt. In einer Ausführungsform dieses bekannten Schalters wird die axiale Verschiebung des Blaskolbens im eingefederten Zustand durch einen mit dem Blaszylinder mitbewegten Anschlag begrenzt. Beim Schalten hoher Ströme steht der Blaskolben an diesem mitbewegten Anschlag an. Die durch den Druckaufbau im Bias-volumen auf den Antrieb rückwirkenden Kräfte heben sich dabei auf und der Antrieb muss noch höchstens die Kraft der Kolbenfeder aufbringen. Der Blaszylinder wird durch die als Isolierrohr gestaltete Schalterhülle, und der feststehende Anschlag für den Blaskolben durch einen von diesem Isolierrohr abstehenden Wulst gebildet. Schalter dieser Bauart sind nicht für hohe Spannungen geeignet, da das Isolierrohr durch die beim Ausschalten von Kurzschlussströmen aus der Blasdüse austretenden heissen Schaltgase in seiner Isolierfähigkeit beeinträchtigt wird. Eine andere Ausführungsform dieses bekannten Schalters hat wohl einen bewegten Blaszylinder. Der feste Anschlag für den Blaskolben wird auch mehrere den Blaskolben durchdringende Stangen, welche mit Köpfen versehen sind, gebildet. Jede dieser Stangen muss gegenüber dem Biaskolben abgedichtet sein, eine sehr aufwendige Massnahme.

Auch in der US-PS 4 465 910 wird ein gattungs-gemässer Schalter gezeigt, dessen axiale Verschie-

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bung des gefederten Blaskolbens im eingefederten Zustand durch einen mit dem Blaszylinder mitbewegten Anschlag begrenzt wird. Der feststehende Anschlag für den Kolben wird durch eine zentrale feststehende Stange gebildet.

Bei diesem Schalter ist es nicht möglich, Schaltgase durch die Antriebsstange abzuführen und damit das Prinzip der Doppelaxialblasung anzuwenden. Dieser Schalter hat deshalb ein schlechtes Löschvermögen für Abstandskurzschluss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem gattungsgemässen Druckgasschalter den feststehenden Anschlag für den Blaskolben so zu gestalten, dass das Prinzip der Doppelaxialblasung angewendet werden kann, der Schalter für hohe Spannung geeignet ist und trotzdem ein einfacher Aufbau mit einem Minimum an dynamischen Dichtungen resultiert.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei einer ersten Ausführungsform ist die Kolbenfeder zwischen dem Blaskolben und einem ortsfesten Schalterteil eingespannt. In diesem Fall hat der Antrieb beim Ausschalten höchstens eine Gegenkraft der Grösse der von der Kolbenfeder ausgeübten Kraft zu überwinden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kolbenfeder zwischen dem Blaskolben und einem mit dem Blaszylinder mitbewegten Federteller eingespannt. Bei dieser Ausführungsform wirkt die Kolbenfeder beim Ausschalten kleiner Ströme antriebsunterstützend. Beim Ausschalten grosser Ströme und entsprechendem Druckaufbau heben sich sowohl die vom Druckaufbau auf Blaskolben und Blaszylinder wirkenden, als auch die von der Kolbenfeder auf den Antrieb wirkenden Kräfte gegenseitig auf. Der Schalter kommt deshalb mit einem vergleichsweise schwachen Antrieb aus.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Druckgasschalter im eingeschalteten Zustand,

Fig. 2 den gleichen Schalter in einer Zwischenstellung beim Ausschalten eines geringen Stromes,

Fig. 3 den gleichen Schalter in einer Zwischenstellung beim Ausschalten eines hohen Stromes,

Fig. 4 den gleichen Schalter im ausgeschalteten Zustand,

Fig. 5 eine andere Ausführungsart eines Druckgasschalters nach der Erfindung im eingeschalteten Zustand,

Fig. 6 den Schalter nach Fig. 5 in einer Zwischenstellung beim Ausschalten eines geringen Stromes,

Fig. 7 den Schalter nach Fig. 5 in einer Zwischenstellung beim Ausschalten eines hohen Stromes,

Fig. 8 den Schalter nach Fig. 5 im ausgeschalteten Zustand.

Die in den Fig. 1 bis 8 gezeigten Druckgasschalter sind in einer gasdichten, nicht gezeigten, Schaltkammer untergebracht, welche mit einem Isoliergas, beispielsweise Schwefelhexafluorid, gefüllt ist.

In Fig. 1 ist mit 1 der feste Lichtbogenkontakt eines Druckgasschalters bezeichnet. Er durchdringt die Blasdüse 3 und wird vom beweglichen Lichtbogenkontakt 2 umklammert. Der bewegliche Lichtbogenkontakt 2 ist starr mit der Antriebsstange 7 und über den Zylinderboden 6 mit dem Blaszylinder 4 verbunden. Die aus Isoliermaterial gefertigte Blasdüse 3 ist am Zyiinderboden 6 beispielsweise mittels eines Gewindes befestigt.

Der Blaszylinder 4 wird durch einen Führungszylinder 8 geführt. Im Innern des Führungszylinders 8 gleitet ein Blaskolben 9. Dieser besitzt einen ringförmigen Absatz 13, der im Ruhezustand durch eine Kolbenfeder 10 gegen einen Anschlag 14 gedrückt wird. Der Anschlag 14 wird durch einen ringförmigen Wulst 15 am oberen Ende innen im Führungszylinder 8 gebildet. Zwei ringförmige Nuten 11, 12 verhindern, dass sich die Kolbenfeder 10 seitlich verschieben kann.

Der Blaskolben 9, der Führungszylinder 8, der Blaszylinder 4 und die Antriebsstange 7 werden durch Dichtungen 20, 21 und 22 gegeneinander abgedichtet. Das sich im durch den Blaszylinder 4, den Zylinderboden 6 und den Blaskolben 9 gebildeten Blasvolumen 23 befindende Gas kann deshalb nur durch die Öffnungen 5 im Zylinderboden 6, durch die Blasdüse 3 und den hohlen beweglichen Lichtbogenkontakt 2 abströmen.

Die Antriebsstange 7 ist mit einem nicht gezeigten geeigneten Antrieb, z.B. einem Federspeîcher-oder einem hydraulischen Antrieb mechanisch verbunden. Beim Ausschalten wirkt eine Zugkraft nach unten auf die Antriebsstange 7. Die aus den starr miteinander verbundenen Teilen Antriebsstange 7, Blaszylinder 4, Zylinderboden 6 und Blasdüse 3 bestehende Einheit beginnt sich unter dieser Kraft nach unten zu bewegen. Das Blasvolumen 23 wird dadurch verkleinert und es beginnt sich darin ein Druck aufzubauen. Die Kontakte 2, 3 trennen sich und zwischen ihnen wird ein Lichtbogen gezündet.

Ist der auszuschaltende Strom gering (Fig. 2), füllt der Lichtbogen die Blasdüse 3 und den hohlen beweglichen Lichtbogenkontakt 2 nur teilweise aus. Es verbleibt ein Querschnitt, durch den Gas aus dem Blasvolumen 23 einerseits durch die Blasdüse 3, andererseits durch den beweglichen Lichtbogenkontakt 2, den hohlen Teil der Antriebsstange 7 und die Öffnungen 18 und 19 abströmen kann. Durch die sich so einstellende Gasströmung wird der Lichtbogen gekühlt und erlöscht beim nächsten Stromnulldurchgang. Die Charakteristik der Kolbenfeder 10 wird so gewählt, dass die bei diesem Schaltfall vom Druck im Blasvolumen 23 auf den Blaskolben 9 wirkende Kraft geringer ist als die Vorspannkraft der Kolbenfeder 10. Der Blaskolben bleibt deshalb in seiner Ruhestellung stehen.

Beim Ausschalten eines grossen Stromes hingegen (Fig. 3) füllt der nach der Trennung der Lichtbogenkontakte 1 und 2 entstehende Lichtbogen den engsten Querschnitt der Blasdüse 3 und das Innere des beweglichen Lichtbogenkontaktes 2 vollständig aus. Es kann kein Gas aus dem Blasvolumen 23 abströmen. Zudem wird das Gas im Blasvolumen 23 vom Lichtbogen aufgeheizt. Dadurch entsteht im Blasvolumen 23 ein enormer Druck. Dieser übt einerseits eine bremsende Kraft auf den Blaszylinder

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4 aus, anderseits auch eine annähernd gleich grosse Kraft auf den Biaskolben 9. Diese ist grösser als die Kraft der Kolbenfeder 10. Der Biaskolben 9 wird deshalb nach unten gegen den Anschlag 17, der durch einen weiteren ringförmigen Wulst 16 auf der Antriebsstange 7 gebildet wird, gedrückt. Die vom Druck im Blasvolumen 23 auf den Blaszylinder 4 und den Blaskolben 9 wirkenden Kräfte heben sich nun auf. Auf die Antriebsstange 7 wirkt, unabhängig vom sich einstellenden Druck im Blasvolumen 23 höchstens die Kraft der Kolbenfeder 10 der Antriebskraft entgegen. Wenn der Antrieb eine Antriebskraft liefert, die grösser als die Kraft der Kol-benfeder 10 ist, wird ein Schalterstillstand in allen Fällen verhindert.

Gegen einen Nulldurchgang hin nimmt der Momentanwert des Stromes ab. Der Querschnitt des Lichtbogens verringert sich. Deshalb kann sich in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 unter dem hohen Druck im Biasvolumen 23 eine starke Gasströmung aufbauen, welche den Lichtbogen intensiv kühlt und ihn im Nulldurchgang des Aus-schaltstromes löscht. Diese Gasströmung entsteht auch noch und wird über eine zur Löschung genügend langen Zeit aufrechterhalten, wenn der Schalter in der Zwischenzeit seine Endstellung erreicht hat, im Gegensatz zu bekannten Druckgasschaltern mit ortsfesten Blaskolben, bei denen das Blasvolumen in der Endstellung auf einen sehr kleinen Wert reduziert ist und die Gasströmung deshalb rasch abklingt.

Nach der Löschung fällt der Druck im Blasvolumen 23 infolge der Freigabe der Öffnungen in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 ab. Der Blaskolben 9 wird unter der Wirkung der Kolbenfeder 10 wieder in seine Ruhelage zurückge-stossen (Fig. 4).

Der in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Druckgasschalter unterscheidet sich vom Schalter gemäss den Fig. 1 bis 4 nur dadurch, dass sich die Kolbenfeder 10 nicht auf ein ortsfestes Schalterteil, sondern auf einen auf der Antriebsstange 7 festsitzenden Federteller 24 abstützt. Die Kolbenfeder 10 ist im eingeschalteten Zustand (Fig. 5) gespannt und übt auf die Antriebsstange 7 eine Kraft in öffnender Richtung aus. Der Antrieb kann bei diesem Schalter deshalb schwächer sein als bei einem Schalter nach Fig. 1 bis 4.

Beim Ausschalten eines kleinen Stromes (Fig. 6) bleibt der Blaskolben 9 in seiner Ruhelage, da die vom Druck im Blasvolumen 23 auf den Blaskolben 9 wirkende Kraft geringer ist als die Kraft die von der Kolbenfeder 10 in umgekehrter Richtung auf den Blaskolben 9 ausgeübt wird. Da die auf den Blaszylinder 4 wirkende Kraft annähernd gleich ist wie die auf den Blaskolben 9 wirkende, wirkt weiterhin eine resultierende Kraft in öffnender Richtung auf die Antriebsstange 7.

Wenn nun beim Ausschalten eines grossen Stromes (Fig. 7) der Druck im Blasvolumen (23) so gross wird, dass der Blaskolben 9 von seinem Anschlag 14 am Führungszylinder 8 abhebt, dann heben sich die vom Blasdruck und der Kolbenfeder 10 auf den Antrieb wirkenden Kräfte auf. Dies ist auch weiterhin der Fall, wenn der Blasdruck so hoch ist, dass der Blaskolben 9 gegen den Anschlag 17 gedrückt wird. Da der bewegliche Lichtbogenkontakt 2 und die mit ihm starr verbundenen übrigen beweglichen Schalterteile im Augenblick, da dieser Zustand eintrifft, bereits eine gewisse Geschwindigkeit in Öffnungsrichtung erreicht haben, werden diese Schalterteile sich mit ihrer kinetischen Energie weiterbewegen. Der Druckaufbau im Blasvolumen 23 übt keine bremsende Wirkung aus. Die Kolbenfeder 10 kann deshalb die alleinige Antriebsenergiequelle für das Ausschalten sein.

Wenn nun gegen einen Nulldurchgang hin der Momentanwert des Stromes abnimmt, verringert sich der Querschnitt des Lichtbogens, Unter dem hohen Druck im Blasvolumen 23 kann sich in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 eine starke Gasströmung aufbauen, welche den Lichtbogen intensiv kühlt und ihn im Nulldurchgang des Ausschaltstromes löscht. Nach der Löschung sinkt der Druck im Blasvolumen 23 infolge der Freigabe der Öffnungen in der Blasdüse 3 und im beweglichen Lichtbogenkontakt 2 rasch ab. Die Kolbenfeder 10 stösst den Blaskolben 9 wieder in seine Ruhelage zurück und treibt den beweglichen Lichtbogenkontakt und die mit ihm starr verbundenen Schalterteile in die Ausschaltstellung (Fig. 8).

Im Gegensatz zu bekannten Druckgasschaltern, bei denen der Druck im Biasvolumen mit der Kolben-fläche voll auf den Antrieb rückwirkt, bleibt bei den Schaltern nach der Erfindung die Rückwirkung unabhängig vom Druck auf einen Wert begrenzt, der der Kraft der Kolbenfeder entspricht.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Druckgasschalter mit einem festen und einem beweglichen Lichtbogenkontakt (1, 2) und einer Komprimiervorrichtung, welche aus einem Blaskolben (9) und einem Blaszylinder (4) besteht, der mit dem beweglichen Lichtbogenkontakt (2) so verbunden ist, dass bei einem Ausschaltvorgang im Blaszylinder Gas komprimiert und ein Löschgasstrom in einer Blasdüse (3) im Bereich der Kontakte (1, 2) erzeugt wird, wobei der Blaskolben (9) durch eine Kolbenfe-der (10) axial verschiebbar in Richtung zum festen Lichtbogenkontakt (1, 2) hin gegen einen ortsfesten Anschlag (14) gedrückt wird und die axiale Verschiebung des Blaskolbens (9) in Richtung vom festen Lichtbogenkontakt (1, 2) weg durch einen mit dem Blaszylinder (4) mitbewegten Anschlag (17) begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Blaszylinder (4) durch eine zylindrische Antriebsstange (7) angetrieben wird, welche den Blaskolben (9) mittig durchsetzt, an der Antriebsstange (7) ein ringförmiger Wulst (16) angebracht ist, der den mitbewegten Anschlag (17) bildet, und dass der Blaskolben (9) von einem ortsfesten Führungszylinder (8) koaxial umgeben ist, an dem aussen der Blaszylinder (4) geführt ist und der an einem Ende innen mit einem weiteren ringförmigen, den ortsfesten Anschlag (14) bildenden Wulst (15) versehen ist.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenfeder (10) zwischen dem Blaskolben (9) und einem ortsfesten Schalterteil (12) eingespannt ist.

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3. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenfeder (10) zwischen dem Blaskolben (9) und einem mit dem Blaszylinder (4) mitbewegten Federteller (24) eingespannt ist.

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