DE2503910A1 - Autopneumatischer druckgasschalter - Google Patents

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH

6 Frankfurt/M. 70, Theodor-3tern-Kai 1

Ah/bu . . KS 7V120

Autopneumatischer Druckgasschalter

Die Erfindung "bezieht sich auf einen autopneumatischen Druckgasschalter mit einem feststehenden Kompressionszylinder, der an einem Ende mit einer feststehenden Düse versehen ist und im Innern einen feststehenden, konzentrischen, hohlen Leistungsschaltstift enthält, sowie einem beweglichen, in den Kompressionszylinder zur Verdichtung des Druckgases einschiebbaren ringförmigen Kolben, der mechanisch mit einem dem feststehenden Leistungsschaltstift gegenüberliegenden beweglichen hohlen Leistungsschaltstift gekuppelt ist, wodurch dieser bei der Ausschaltung in derselben Richtung wie der Kolben verschiebbar ist. .,:.

Ein solcher Schalter ist bereits aus der DT-OS 2 516 009 bekannt. Im Gegensatz zu anderen autopneumatischen Druckgasschaltern, die meist eine mittels eines Antriebes bewegte Isolierstoffdüse aufweisen, ist hier die Düse fest angeordnet. Angetrieben wird dagegen ein Kompressionskolben zur Verdichtung des gasförmigen Löschmitteis, meist SJV, der sich bei einer Ausschaltung in einem Zylinder in Richtung auf die Düse zubewegt. Nach Erreichen einer bestimmten Vorkompression erfolgt dann die Kontakttrennung. Dabei wird der bewegliche Gegenkontakt, der mit dem Kolben mechanisch gekoppelt ist und vom gleichen Antrieb bewegt wird,

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in derselben Richtung wie der Kolben bewegt und von dem im .Zylinder angeordneten festen Kontakt getrennt.

Aufgabe der Erfindung ist es, für einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit hohem Nennstrom und hoher Ausschaltleistung eine geeignete mechanische Kuppelung zwischen Antrieb, Kompressionskolben und beweglichem Gegenkontakt anzugeben, durch die eine ausreichende Vorkompression und anschließend eine schnelle Trennung der Schaltkontakte ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe besteht in der Ausbildung eines Antriebgestänges, das die Kraft eines auf Erdpotential befindlichen, vorzugsweise hydraulischen Antriebs auf Kolben und bewegliche Kontakte überträgt. Schließlich verfolgt die Erfindung noch den Zweck, durch eine Synchronauslöseeinrichtung die Schaltleistung des Schalters weiter zu erhöhen.

Zu diesem Zweck wird der Schalter erfindungsgemäß so ausgebildet, daß die mechanische Kuppelung über einen Langlochschlitten, einen den Kompressionszylinder umgebenden Isolierstoffzylinder, eine Kontaktbrücke, welche die Außenwand des Kompressionszylinders und ein dem Kompressions zylinder gegenüberliegendes, feststehendes Rohr zur Nennstromführung im Einschaltzustand überbrückt, und eine den beweglichen Leistungsschaltstift umgebende Druckfeder, die sich an einem Fortsatz der Kontaktbrücke abstützt, hergestellt ist.

Durch diese Ausbildung wird eine gegenüber dem Kolben verzögerte Nennstromtrennung erreicht. Weiterhin wird durch die nicht starre Kuppelung zwischen Nennstromkontakt und Leistungskontakt mittels einer Feder und durch kurzzeitige Verriegelung des Leistungskontaktes mit anschließender synchroner Auslösung die Schaltleistung erheblich vergrößert.

Zum Antrieb des Kolbens und der beweglichen Kontakte dient zweckmäßig ein Antriebsgestänge, das aus einer in der Polsäule liegenden, in einem Lager geführten Zugstange, einer am oberen

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Ende der Zugstange angelenkten Druckstange und einer am unteren Ende der Druckstange angelenkten zweiten Druckstange "besteht.

Weiterhin ist zur stromabhängigen Verriegelung des beweglichen Schaltstiftes eine Synchronauslöseeinrichtung vorgesehen, die nur bei Überschreitung eines festgesetzten Wertes des Kurzschlußstromes arbeitet.

In der Zeichnung ist schematisch eine Ausführungsform des Schalters gemäß der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt im Schnitt einen Pol eines zweipoligen autopneumatischen Leistungsschalters in der Einsehaltstellung.

Pig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab die Synchronauslöseeinrichtung des Schalters.

In IFig. 3 ist ein Schnitt in der Ebene A-A der Fig. 2 dargestellt, Fig. 4 zeigt den Stromverlauf bei einer Ausschaltung.

Die Wirkungsweise des Schalters gemäß der Erfindung soll anhand der Fig. 1 erklärt werden. Es ist hier nur der rechte Pol eines auf einer Isoliersäule stehenden zweipoligen Schalters dargestellt. Der nicht gezeichnete linke Pol gleicht spiegelbildlich dem rechten. Weiterhin sind zur Vereinfachung das gasdichte: .äußere Gehäuse des Schalterpoles sowie die Polsäule nicht dargestellt. Gehäuse und Polsäule sind mit dem Löschgas unter einem Druck von ca. 3 at gefüllt.

Der gezeichnete Schalterpol hat die äußeren Stromanschlüsse 4-0, 41, die mit dem festen Leistungsschaltstift 10 bzw. dem beweglichen Leistungsschaltstift 11 elektrisch verbunden sind. Die Verbindung zum beweglichen Schaltstift 11 erfolgt dabei über eine Spule 19 und einen im Innern des hohlen Schaltstiftes 11 angeordneten Ringkontakt 20. Weiterhin sind die Stromanschlüsse 40, 41 zur Führung des ITennstromes über die leitende Zylinderwand 1, den Nennstromkontakt 32, die

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Kontaktbrücke 3, den Schleifkontakt 33 und das Rohr 2 miteinander verbunden.

Zur Ausschaltung wird durch einen nicht gezeichneten Antrieb eine Zugstange 7 aus Isoliermaterial, die sich im Innern einer ebenfalls nicht gezeichneten Polsäule befindet und in einem Lager 37 geführt wird, nach unten bewegt. Am oberen Ende der Zugstange 7 ist eine Druckstange 8 angelenkt, welche mit ihrem anderen Ende an einem Bolzen 3^- befestigt ist. Die Druckstange braucht nicht aus Isoliermaterial zu bestehen. Der Bolzen 34-ist im Langloch eines Langlochschlittens 9 gelagert, welcher auf einem Lager 36 verschiebbar ist. Über eine weitere Druckstange 38 ist der Bolzen 3²K mit dem Kolben 6 verbunden.

Bei Abwärtsbewegung der Zugstange 7 wird der Kolben 6 über die Druckstangen 8, 38 nach rechts bewegt. Dadurch kommt es zur Verdichtung des zwischen dem Zylinder 1 und dem festen Leistungsschaltstift 10 eingeschlossenen Druckgases. Durch den an der feststehenden Isolierstoffdüse 5 anliegenden beweglichen Leistungsschaltstift 11 wird ein vorzeitiges Entweichen des Druckgases verhindert.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete Gestänge 7» 8, 38 hat den Vorteil, daß die zur Ausschaltung erforderliche Zugkraft in der Stange 7 trotz stark ansteigendem Druck auf den Kolben 6 am Ende der Bewegung nicht zunimmt. Deshalb ist die Verdichtung des Druckgases bis auf ein sehr kleines Restvolumen möglich. Da die Druckstange 8 am Ende ihrer Bewegung mit der Zugstange etwa einen rechten Winkel bildet, ist das Gestänge geeignet, auch den durch einen zwischen den geöffneten Leistungsschaltstiften 10, 11 brennenden Abschaltlichtbogen noch weiter erhöhten Gegendruck auf den Kolben 6 aufzunehmen.

Sobald der Bolzen 3^- am rechten Ende des Langloches angekommen ist und damit schon eine gewisse Vorkompression erreicht ist, wird der Langlochschlitten 9 mitgenommen. Der dabei entstehende Stoß wird durch eine nicht gezeichnete Dämpfungsein-

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richtung aufgenommen. Die Bewegung des Langlochschlittens wird durch den an ihm befestigten Isolierstoffzylinder 4 auf die Kontaktbrücke 3 übertragen. Die Nennstromtrennung erfolgt durch den Kontakt 32. Erst nach erfolgter Nennstromtrennung wird durch einen an der Kontaktbrücke 3 angebrachten Fortsatz über eine vorgespannte Tellerfeder 12 der bewegliehe Leistungsschaltstift 11 nach rechts bewegt. Zu diesem Zeitpunkt ist das im Zylinder 1 befindliche Gas bis auf ein sehr kleines Restvolumen komprimiert. Der zwischen den Leistungsschaltstiften 10, 11 entstehende Lichtbogen wird intensiv beblasen. Das komprimierte Löschgas strömt durch die hohlen Schaltstifte 10, 11 ab.

Die Einschaltung erfolgt in umgekehrter Weise wie die Ausschaltung. Hierzu wird die Stange 7 aufwärts geschoben. In der gezeichneten Ausführung des Antriebes muß die Stange 7 also auch Druckkräfte übertragen, die aber erheblich kleiner als die bei der Ausschaltung entstehenden Zugkräfte sind. Eine völlige Entlastung der Stange 7 von Druckkräften ist,jedoch auch möglich, wenn z.B. zwischen dem festen Lager 37 und dem oberen Ende der Stange 7 eine - nicht gezeichnete - Druckfeder eingefügt wird.

Durch die Rückwärtsbewegung des Kolbens 6 füllt sick der Zylinder 1 wieder mit Druckgas. Die !Füllung kann durch in den Kolben 6 oder die Düse 5 eingebaute Rückschlagventile (nicht gezeichnet) unterstützt werden.

Die Rückbewegung des Nenn- und Leistungskontaktes erfolgt ..-■■" nach teilweiser Füllung des Zylinders 1, sobald der Bolzen 34-am linken Ende des Langlochschlittens 9 auftrifft. Durch den mit dem Langlochschlitten 9 und der Kontaktbrücke 3 fest verbundenen Isolierstoff zylinder 4- wird die Kontaktbrücke 3 in die Einschaltstellung zurückgeführt. Der bewegliche Leistungsschaltstift 11 wird durch den Fortsatz 39, der auf den auf dem

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Schaltstift 11 sitzenden Ring 13 auftrifft, in die Einschaltstellung zurückbewegt. Dabei erfolgt die Berührung der Leistungsschaltstifte 10, 11 vor dem Schließen des Nennstromkontaktes 32.

Um die Abschaltleistung des Schalters gemäß der Erfindung noch weiter zu erhöhen, kann eine Synchronauslöseeinrichtung 35 zur stromabhängigen Verriegelung des beweglichen Schaltstiftes 11 vorgesehen werden. Diese ist im vergrößerten Maßstab in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Die Synchronauslöseeinrichtung soll bewirken, daß bei schweren Kurzschlußausschaltungen, d.h. bei Überschreitung eines bestimmten Wertes (z.B. 4OkA) des Kurzschlußstromes, die Kontakttrennung der Leistungs schalt stifte 10, 11 in einem genau definierten Teil der Stromhalbwelle, und zwar kurz nach dem Strommaximum erfolgt. Dadurch ist der Schalter in der Lage, den Strom im folgenden Nulldurchgang zu löschen.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Synchronauslöseeinrichtung anhand der Fig. 1-4 beschrieben.

Bei Überschreitung eines vorgesehenen Wertes des Kurzschlußstromes wird der Magnetanker 15 eines Stiftes 17 von einem Magnetring 14 gegen die Kraft einer Feder 16 angezogen. Dadurch tritt das untere Ende des Stiftes 17 in eine Nut eines am Schaltstift 11 befestigten Ringes 18 ein und verriegelt diesen.

Durch den im Rohr 2 fließenden Kurzschlußstrom wird der Stift 25, der mit einer Platte 27 versehen ist, gegen die Kraft einer Feder 26 elektrodynamisch mit einer Frequenz von 10OHz in vertikaler Richtung abgestoßen. Damit eine abstoßende Wirkung zustande kommt, ist das Rohr 2 mit einem Schlitz 23 versehen (Fig. 3).

Der Stift 25 besitzt am unteren Ende eine Hase 24, die in seiner unteren Stellung in eine Nut 22 eines Kurz schlußringe s

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eingreift. Dabei ist die Feder 26 so ausgelegt, daß etwa zwischen, den Zeitpunkten t und t, (Fig. 4·) sich der Stift in seiner oberen Stellung und zwischen t^ und t in seiner unteren Stellung befindet. F ist die abstoßende Kraft auf die Platte 27, die proportional dem Quadrat des KurzSchlußstromes I ist.

Weiterhin ist ein dritter Stift 28 vorgesehen, der am linken Ende mit einer Abschrägung versehen ist, die in eine Öffnung am Stift 17 eingreifen kann. Das rechte Ende des Stiftes 28 ist mit dem Kurzschlußring 21 verbunden. Dieser kann durch die elektrodynamische Kraft einer benachbarten, nach, der Trennung des Nennstromkontaktes $2 vom Kurzschlußstrom durchflossenen Spule 19 gegen die Kraft einer Feder 29 abgestoßen werden.

Der Verlauf einer schweren Kurz schlußab schaltung mit einem Kurzschlußstrom von über 4OkA soll anhand der Fig. 4- beschrieben werden.

Im Zeitpunkt t,, beginnt der Kurzschlußstrom zu fließen. Der Stift 17 wird nach unten gezogen und verriegelt den Leistungsschaltstift 11. Gleichzeitig beginnt der Stift 25 mit einer Frequenz von 100Hz zu vibrieren. Dagegen ist das magnetische System 14, 15 mit dem Stift I7 so ausgelegt, daß dieser nicht vibriert, sondern infolge seiner Trägheit in der unteren Lage verharrt.

Etwa zum Zeitpunkt t erhält der Schalter den Auslösebefehl. Die Trennung des Nennstromkontaktes 32 möge im angenommenen Zeitpunkt t,- erfolgen, mehrere Halbwellen nach Kurzschlußbeginn. Unmittelbar nach der Trennung der Nennstrombahn kommutiert der Kurzschlußstrom auf die noch verriegelten Leistungsschaltstifte 10, 11. Der Strom im Hauptstrompfad 1, 3, 2 wird zu Null. Der Isolierstoffzylinder 4- bewegt sich weiter vorwärts und spannt die Feder 12. Der nun durch die Spule 19 fließende Strom bewirkt eine abstoßende Kraft auf den Kurzschlußring 21, der jedoch durch den Stift

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verriegelt ist. Die Hase 24, die in der Mut 22 verhakt ist, verhindert die Aufwärtsbewegung des Stiftes 25·

Im Zeitpunkt t_fl, kurz vor dem Nulldurchgang des Kurzschlußstromes, drückt die Feder 29 den Stift 28 gegen die verringerte abstoßende Kraft der Spule 19 nach rechts. Dadurch wird der Stift 25 entriegelt und durch die Feder 26 nach oben bewegt. Da der Strom im Hauptstrompfad Null ist, bleibt der Stift 25 in <iei* oberen Stellung.

In einem anderen Fall erfolgt die Nennstromtrennung im angenommenen Zeitpunkt t,-,. Der Stift 26 befindet sich dann gerade in seiner oberen Stellung und bleibt anschließend dort. Die abstoßende Kraft der Spule 19 reicht hier jedoch noch nicht aus, um den Stift 28 gegen die Feder 29 nach links zu bewegen.

In beiden angenommenen Fällen der Nennstromtrennung zum Zeitpunkt tg oder t₇ bewegt sich etwa zur Zeit tq der entriegelte Stift 28 durch die Abstoßung der Spule -19 gegen die Kraft der Feder 29 nach links und treibt durch sein abgeschrägtes Ende, das in die Öffnung 30 des Stiftes 17 eindringt, den Stift 17 gegen die Kraft der Feder 16 sowie gegen die vom Strom durch den Schaltstift 11 bewirkte Anziehungskraft des Magnetringes 14 nach oben. Dadurch wird der Schaltstift 11 im Zeitpunkt tq entriegelt und durch die gespannte Feder 12 nach rechts beschleunigt. Durch den Stift 42, der mit seinem abgeschrägten Ende in die Öffnung 31 <les Stiftes I7 eintaucht, kann dieser in der Endstellung der Kontaktbrücke 3 aus Sicherheitsgründen unabhängig vom Stift 28 nach oben bewegt werden.

Im Zeitpunkt t.Q erfolgt die Kontakttrennung der Leistungsschaltstifte 10, 11. Zur Abbremsung des Schaltstiftes 11, der nur ein geringes Gewicht hat, sind nicht gezeichnete Dämpfungsmittel vorgesehen.

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Im Zeitraum ^ Q-t-,. brennt zwischen den Eeistungsschaltstiften 10, 11 ein lichtbogen, der intensiv beblasen und im nächsten Nulldurchgang des Kurzsehlußstromes zum Zeitpunkt t^ gelöscht wird.

9 Seiten Beschreibung

13 Patentansprüche

3 Bl. Zeichnungen (4- SLg.)

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Claims (12)

1. Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH

   6 Frankfurt/M.70, Theodor-Stern-Kai 1

   Ah/bu KS 74-/I2O

   29.1.1975

   Patentansprüche

   Autopneumatischer Druckgasschalter mit einem feststehenden Kompressionszylinder, der an einem Ende mit einer feststehenden Düse versehen ist und im Innern einen feststehenden, konzentrischen, hohlen Leistungssehaltstift enthält, sowie einem beweglichen, in den Kompressionszylinder zur Verdichtung des Druckgases einschiebbaren ringförmigen Kolben, der mechanisch mit einem dem feststehenden Leistungsschaltstift gegenüberliegenden beweglichen hohlen Leistungssehaltstift gekuppelt ist, wodurch dieser bei der Ausschaltung in derselben Sichtung wie der Kolben verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Kuppelung über einen Langlochschlitten (9), einen den Kompressionszylinder umgebenden Isolierstoff zylinder (4), eine Kontaktbrücke (3)» welche die Außenwand des Kompressionszylinders (1) und ein dem Kompressionszylinder (1) gegenüberliegendes, feststehendes Rohr (2) zur Nennstromführung im Einschaltzustand überbrückt, und eine den beweglichen Leistungsschaltstift (11) umgebende Druckfeder (12), die sich an einem Fortsatz (39) der Kontaktbrücke (3) abstützt, hergestellt ist.

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2. 2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Kolbens (6) und der beweglichen Kontakte (3*11) ein Antriebsgestänge (7,8,38) dient, das aus einer in der Polsäule liegenden, in einem Lager (37) geführten Zugstange (7)» einer am oberen Ende der Zugstange (7) angelenkten Druckstange (8) und einer am unteren Ende der Druckstange (8) angelenkten zweiten Druckstange (38) besteht.
3. 3· Druckgasschalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Druckstange (8) an einem Bolzen (3²O befestigt ist, der im Langlochschlitten (9) verschiebbar gelagert ist und über die Druckstange (38) mit dem Kolben (6) verbunden ist.
4. 4-, Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der im Lager (36) geführte Langlochschlitten (9) fest mit dem Isolierstoff zylinder (4·) verbunden ist.
5. 5· Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß zur stromabhängigen Verriegelung des beweglichen Schaltstiftes (11) eine Synchronauslöseeinrichtung (35) vorgesehen ist, die nur bei Überschreitung eines festgesetzten Wertes des Kurzschlußstromes arbeitet.
6. 6. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die S;ynchronauslöseeinrichtung (35) einen Stift (17) aufweist, der zur Verriegelung des beweglichen Schaltstiftes (11) in eine Nut eines am Schaltstift (11) befestigten Hinges (18) eingreift.
7. 7. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Stiftes (17) ein Magnetanker (15) befestigt ist, der von einem um das feststehende Rohr (2) herumgelegten Magnetring (14) gegen die Kraft einer Feder (16) bei Stromfluß durch den Gegenkontakt (2) angezogen werden kann.

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8. 8. Druckgasschalter nach Anspruch 1 "bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (17) eine Öffnung (30 für einen am Ende abgeschrägten Stift (28) aufweist, der durch einen an ihm befestigten Kurzschlußring (21) gegen die Kraft einer Feder (29) nach links bewegbar ist.
9. 9· Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (17) eine zweite Öffnung (31) für einen am Ende abgeschrägten, an der beweglichen Kontaktbrücke (3) befestigten Stift (22) aufweist, der in der Ausschaltstellung eingreift.
10. 10. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß in eine Nut (22) des Kurzschlußringes (21) ein Stift (25) eingreift, der an einem Ende eine Nase (24·) aufweist.
11. 11) Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Stiftes (25) eine Platte (27) befestigt ist, durch die der Stift (25) bei Stromfluß durch das mit einem Schlitz (23) versehene Rohr (2) elektrodynamisch gegen die Kraft einer Feder (26) zur Verriegelung des Kurzschlußringes (21) nach unten bewegbar ist.
12. 12. Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Kurzschlußring (21) benachbart angeordnete, VQm Strom durch den Leistungsschaltstift (11) durchflossene Spule (19) vorgesehen ist, durch die der Kurzschlußring (21) elektrodynamisch abgestoßen wird.

    13· Druckgasschalter nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Abschaltstromes nach der Trennung des Nennstromkontaktes (32) der eine Anschluß der Spule (19) mit dem Rohr (2) und der andere Anschluß mit einem im Innern des hohlen Leistungsschaltstiftes (11) angeordneten Ringkontakt (20) verbunden ist.

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