DE3200777A1 - "unterdruck-stromkreisunterbrecher" - Google Patents

Description

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen ünterdruckabhängigen Stromkreisunterbrecher/ insbesondere nach der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 gegebenen Definition.

In einem mit der japanischen Patentveröffentlichung 15225/1976 bekanntgewordenen Stromkreisunterbrecher wird die Differenz zwischen dem inneren Unterdruck in einer Schaltröhre und dem atmosphärischen· Druck, zum Erzeugen des Kontaktandrucks eines bewegbaren Kontakts gegen einen Festkontakt in der Röhre ausgenutzt. Ein Elektromagnet dient der Übertragung einer Schließkraft auf den bewegbaren Kontakt, und zur Kontakttrennung ist eine Rückholfeder vorhanden. Bei Unterdruckausfall in der Schaltröhre sind die Kräfteverhältnisse so gestört, daß der Elektromagnet bei gegebenem Schließbefehl nicht in der Lage ist, die Kontakte gegen die Kraft der Rückholfeder zu schließen.

Dieser bekannte Unterbrecher benötigt zur Betätigung des Elektromagneten eine relativ starke Stromquelle und.arbeitet infolge unvermeidbarer Spannungsschwankungen in der Stromversorgung äußerst unstabil, so daß die Schließgeschwindigkeit verändert und/oder das Kräfteverhältnis so gestört wird, daß ein Kontaktschließen nicht stattfinden kann. Dieser Unterbrecher ist auch aus Sicherheitsgründen bedenklich.

In einem aus der US-PS 4 152 562 bekannten Unterbrecher wird abweichend von dem vorher erläuterten Stand der Technik ein Kräfteverhältnis zwischen einer Kontaktöffnungsfeder und dem atmosphärischen Druck ausgenutzt. Das gleiche Prinzip wird auch in einem anderen unterdruckabhängigen Unterbrecher an-

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gewendet, der von J. Parry in "Developments in Distribution Switchgear" als Konferenzbeitrag No. 168 beschrieben worden ist. In beiden Fällen muß die Öffnungsfeder eine Kraft überwinden, die durch atmosphärischen Druck auf die Kontakte in der Schaltröhre tibertragen wird.

Der Erfindung .liegt die Aufgabe zugrunde., die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile und Risiken durch Schaffung eines sicher und zuverlässig arbeitenden unterdruckabhangxgen Stromkreisunterbrechers zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist komprimiert im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen sowie in dem nachstehenden Teil der Beschreibung enthalten.

Der Grundgedanke der Erfindung geht dahin, durch eine Schließfeder mit linearer Kennlinie als Energiespeicher in Verbindung mit einem übertragungsmechanismus eine Speicherkraft zu erzeugen und diese mit einer Differenzkraft (Selbstschließkraft) zwischen einem Innendruck in einer Schaltröhre des Unterbrechers und atmosphärischem Druck so in Beziehung zu bringen, daß bei Auftreten eines ünterdruckverlusts in der Schaltröhre das Verhältnis zwischen beiden Kräften so gestört wird, daß ein Schließen der Unterbrecher-Elektroden unmöglich ist.

Mit dieser Funktion ist auftretender Unterdruckverlust offenkundig, und jede Unfallgefahr wird sicher vermieden.

Der nach dem Prinzip der Erfindung, arbeitende Unterbrecher ist relativ einfach herstellbar, hat ein rasches Schließ- und

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Öffnungsverhalten und kann durch einen Auslösemechanismus (z.B. Sprungwerk o. dgl. ) betätigbar sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein Betätigungshebel an einem Ende mit einem Speicherübertragungsmechanismus, "im Mitte'lbereichmit einem Auslösemechanismus und am änderen-''Ende mit der bewegbaren Unterbrecher-Elektrode gekoppelt. Wenn im Normalzustand des Unterbrechers der Betätigungshebel im Kontaktschließsinn verdreht wird, überwindet vor dem Schließen der Elektroden in Verbindung mit einer Energieübertragungskurbel die Selbstschließkraft der Röhre die Speicherkraft, die Wirklinie der Schließfeder überschreitet einen Totpunkt im Übertragungsmechanismus bzw. der Kurbel, es erfolgt eine Richtungsumkehr der von dem Mechanismus auf den Betätigungshebel übertragenen Speicherkraft, und dadurch werden durch die aus Speicherkraft + Selbstschließkraft gebildete resultierende Kraft die Elektroden in der Unterdruck-SchaltrÖhre rasch geschlossen.

Bei auftretendem Unterdruckverlust wird durch die veränderten Kräfteverhältnisse die Totpunktüberschreitung verhindert, und 0 die Elektroden können in diesem Fall nicht geschlossen werden.

Nach Entriegelung des Auslösemechanismus wird der Betätigungshebel durch·eine Öffnungsfeder entsprechend verdreht und dadurch die Elektroden rasch geöffnet.

Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezug auf eine Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung des nachstehend beschriebenen unterdruckabhängigen Unterbrechers,

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Fig. 2 bis 4 Darstellungen eines Betätigungsmechanismus

des Unterbrechers von Fig. 1 in einer offenen (Fig.2), mittleren (Fig.3) und geschlossenen.(Fig.4) Schaltposition, und

Fig. 5 und 6 grafische Darstellungen zum Verlauf einer

Schließfederkraft A und Speicherkraft F bzw. von Resultierenden B, C, D.aus der Kraft F und einer Selbstschließkraft des Unterbrechers.

In dem Stromkreisunterbrecher von Fig. 1 wird in einer an ei-. nerti Isolierrahmen 3 befestigten Unterdruck-Schaltröhre 1 ein Strompfad von einer oberen Klemme 2 über eine Festelektrode 101, eine bewegbare Elektrode-102 und einen Shunt 4 zu einer unteren Klemme 5 hergestellt. Die bewegbare Elektrode 102 ist an einem gegen die Röhre 1 durch einen Faltenbalg 6 abgedichteten Stößel 7 befestigt und ist außer durch die Kraft einer Hilfsfeder 8 noch durch eine Differenzkraft zwischen einem Unterdruck in der Röhre 1 und atmosphärischem Druck in Richtung auf die Festelektrode 101 vorgespannt. Zu einem Dreiphasenstromsystem gehören drei Schaltröhren 1. Der Stößel 7 mit der Elektrode 102 ist über ein diese Elemente gegen Massepotential isolierendes Isolierteil 9 und ein Gelenk 10,12 mit Achse 11 mit einer gemeinsamen Hauptwelle 13 für alle drei Schaltröhren .1 verbunden. . ·

Der in Fig. 2 bis 4 in verschiedenen Schaltpositionen dargestellte Betätigungsmechanismus ist über ein Drehteil 13b mit der Hauptwelle 13 verbunden, und ihr Betätigungshebel 31 wird durch eine mittig über einen Stift 1031 angreifende Öffnungsfeder 32 nach oben vorgespannt. Ein auch an dem Stift 1031 angreifender Zwischenlenker 33 ist an seinem anderen Ende drehbar mit einem um eine Achse 351 drehbaren Segment 34 verbunden. Ein an jedem Ende einen Stift 353 bzw. 354 tragender L-Hebel 35 wird durch eine Feder 352 um die Achse 351 und ein Auslöse-

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hebel 36 um eine Achse 361 durch eine Feder 362 im Uhrzeigersinn vorgespannt. Der Stift 353 liegt am Segment 34 und Stift 354 von L-Hebel 35 am Auslösehebel an. Die Elemente 33,34,35 und 36 bilden einen Auslösemechanismus 37.

An dem freien Ende des Betätigungshebels 31 sind um einen ■ Stift 1032 drehbar ein Arm 41,dessen anderes Ende über einen Stift 411 mit einem Deltahebel 42 und über diesen wiederum drehbar mit einem Schließhebel 43 gekoppelt i.st, und ein Ubertragerglied 51, dessen anderes Ende über einen Stift 511 mit einer um eine Achse 2051 drehbaren Kurbel 52 und über diese sowie einen Stift 521 drehbar' wiederum mit einem Bügel 53 gekoppelt ist., verbunden. Der Schließhebel 43 ist durch einen Elektromotor oder .eine Handkurbel (beide nicht dargestellt) verdrehbar. Ein um die Achse 3'61· drehbarer Rasthebel 61 wird durch den Auslösehebel 36 ständig im Uhrzeigersinn vorgespannt und folgt unter Direktanlage der Bewegung eines Stifts 421 am Deltahebel 42. Die Elemente 41, 42 und 43 bilden einen Schließmechanismus.

Die Drehbewegung der Kurbel" 5 2 wird durch einen Anschlag 56 begrenzt. Das freie Ende des Bügels 53 ist über einen Stift drehbar mit einer Schließfeder 5 5 verbunden. An ein'em Kasten 3a ist ein Auslösestück. 71 befestigt.' Die Elemente 51, 52-und bilden einen Energiespeicher-Ubertragungsmechanismus 54.

Nachstehend wird die Funktion des Unterbrechers in drei Schaltpositionen "geöffnet" (Fig.2), Mittelposition (Fig.3) und "geschlossen" (Fig.4) erläutert.

Bei geöffneten Elektroden Ί01, 102 der Schaltröhre 1 von Fig. nimmt' der Betätigungsmechanismus die Position gemäß Fig. 2 ein, und die Speicherenergie A der Schließfeder 55 sowie die von dieser Feder durch den Ubertragungsmechanismus 5 4 auf

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den Betätigungshebel 31 übertragene Speicherkraft F haben die bei t in Fig; 5 aufgetragene Größe. Wenn der Schließhebel 43 durch die Schließwelle 46 motorisch oder manuell im Gegenuhrzeigersinn gedreht und dadurch der Betätigungshebel 31 über den Hebel 42 sowie Arm 41 im Uhrzeigersinn um die Achse des Drehteils 13b (erster Drehpunkt) verdreht wird, gelangt der Betätigungsmechanismus, in die Position gemäß Fig. 3. In diesem Stadium ist die Öffnungsfeder 32 durch den Betätigungshebel 31 energiespeichernd gespannt, und der mit dem Betätigungshebel verbundene Zwischenlenker 33 und das Segment 34 sind ebenfalls in der Position von Fig. 3. Gleichzeitig ist der Rasthebel 61 gemeinsam mit dem Auslösehebel 36 durch die Feder 362 so weit gedreht/ daß der Stift 354 des L-Hebels 35 in einen Ausschnitt von Hebel 36 einrastet. .Damit ist der'Auslösemechanismus verriegelt und der Betätigungshebel 31 im Bereich von Stift 1031 (zweiter Drehpunkt) fixiert. ■

Wenn der Betätigungshebel 31 aus der Position von Fig. 2 durch das Übertragerglied 51 um das Drehteil 13b im Uhrzeigersinn verdreht wird., dreht auch die Kurbel 52 in diesem Drehsinn um die Achse 2051, und wenn bei dieser Bewegung die Wirkrichtung X1 der Schließfeder 55 die Achse 2051 erreicht, also im Zeitpunkt t.. von Fig. 5, dann hat die Speicherenergie der Feder 55 ihr Maximum, aber die übertragene Speicherkraft F am Hebel 31 ist null. Wenn die Wirkrichtung X1 die Achse 2051 nach links passiert, kippt die Kurbel 52 in die Gegenrichtung und wird durch die Speicherkraft A der Feder 55 im Uhrzeigersinn um die Achse 2051 verdreht. Dabei erfolgt eine Umkehr der Betätigungskraft F am Hebel 31; dieser"Hebel 31 wird damit jetzt entgegengesetzt und im Uhrzeigersinn um den Stift 1031 in die Position von Fig. 3 geschwenkt. Dies entspricht Zeitpunkt t„ in Fig. 5, wo der Betätigungshebel jetzt einer Speicherkraft F1 ausgesetzt und mit dieser Kraft im Uhrzeigersinn vorbelastet ist.

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In dem Stadium gemäß Fig. 3 verläuft eine die Mitten der Stifte 411 und 1032 verbindende Wirklinie X2 etwa durch die Mitte von Stift 421, so daß der Deltahebel jetzt praktisch keinem Speich'erkraft-Drehmoment unterliegt. Wenn unter

.5 diesen Bedingungen' das Auslösestück 71 gegen den Stift 422 von Hebel 42 stößt, wandert die Wirklinie X2 über den Stift 421 hinweg nach links aus, und die Speicherenergie der Schließfeder 55 dreht über den Ubertragungsmechanismus 54 und Schließarm 41 den Deltahebel 42 um Stift 421 im Uhrzeigersinn.

Die auf der Differenz zwischen dem Unterdruck in der Röhre und atmosphärischem Druck basierende Selbstschließkräft, welche die bewegliche Elektrode 102 gegen die Festelektrode 101 vorspannt, wird über die Elemente 7, 9, 10, 11, 12, 13 und 13b auf den Betätigungshebel 31 übertragen und belastet ihn im Gegenuhrzeiger-Drehsinn um die Achse des Stifts 1032.

• In Fig. 6 sind die resultierenden Sehließkräfte B, C, D aus der Selbstschließkraft einer oder mehrerer Röhren und der Speicherkraft F am Hebel 31 während des Schaltvorgangs dargestellt. Die Resultierende B gilt für die addierten Selbstschließkräfte 3P von drei Röhren 1, Resultierende C für die Selbstschließkräftesumme 2P von nur zwei Röhren 1, und die Resultierende.D bei nur einer Röhre 1 mit der Selbstschließkraft P.

Wenn ein Dreiphasen-Stromkreisunterbrecher .für ein Dreiphasenstromsystem die in Fig. 3 dargestellte mittlere Schaltposition einnimmt, was dem Zeitpunkt t₂ in Fig. 6 entspricht, und wenn alle drei Schaltröhren normal arbeiten, dann wird der Betäti-■ gungshebel um den Stift 1031 durch die addierten Selbstschließkräfte 3P im Gegenuhrzeigersinn mit einem Drehmoment belastet,

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welches größer ist als das im Uhrzeigersinn wirkende Gegendrehmoment, welches jetzt als von der Schließfeder 55 übertragene Speicherkraft F1 auf den Betätigungshebel 31 wirkt. Der jetzt durch das größere Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn um Stift 1031 verdrehte Hebel 31 hebt das Übertragerelement 51 gemäß Fig. 3 an , verdreht dadurch mit Stift 511 die Kurbel 52 im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 2052 und läßt dabei die Wirkrichtung X1 der Schließfeder von rechts nach links über die Kurbelachse 2051 hinwegwandern. Dabei überspringt die Kurbel 52 ihren Totpunkt und wird ab sofort durch die gespeicherte Energie der Schließfeder 55 gegensinnig,· d.h. im Gegenuhrzeigersinn verdreht, drückt dabei das Element 51 nach -oben und verdreht auf diesem Wege rasch den Betätigungshebel 31 im Gegenuhrzeigersinn um dessen Stift-Drehpunkt 1031. Der nach Art eines Sprungwerks durch die Elemente 51, 52 und 55 spontan um die Achse von Stift 1031 gegenuhrzeigersinnig verdrehte Betätigungshebel 31 tiberträgt über das Teil 13b eine Drehbewegung im Gegenuhr-

tauf die Hauptwelle 13/
zeigersinnVund bringt dadurch die bewegbare Elektrode 102 in jeder Schaltröhre 1 der drei Phasen rasch in Kontakt mit der Festelektrode 101. Der Unterbrecher ist jetzt geschlossen und nimmt die Position gemäß Fig. 4 ein.

In diesem Schließzustand hält die Selbstschließkraft der Röhre 1 in Verbindung mit der Hilfsfeder 8 den Kontaktandruck der bewegbaren Elektrode 102 aufrecht,· und die von der Schließfeder 55 auf den Betätigungshebel 3.1 übertragene Speicherkraft F hat jetzt eine dem Zeitpunkt t in Fig. 6 entsprechende Größe, wie im offenen Zustand nach Fig. 2.

■Wenn z.B. in einem Stromkreis des Dreiphasensystems eine Störung auftritt und die betreffende Schaltröhre 1 Unterduck verliert, dann reduziert sich die Summe der Selbstschließ-

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kräfte auf 2P, während die Speicherkraft F1 seitens der Schließfeder 55 zum Zeitpunkt t₂ in Fig. 6 unverändert auf den Betätigungshebel 31 einwirkt, so daß jetzt die resultierende Kraft C (Fig. 6) auf den Betätigungshebel 31 ein im Gegen-■ Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment überträgt, unter dessen Einfluß weder die Federwirkrichtung X1 noch die Kurbel 52 aus der Position von Fig. 3 ihre oben erläuterte Totpunktstellung überspringen können. D.er. Betätigungsmechanismus verbleibt daher in der Position von Fig. 3, und die Elektroden -in den Unterdruck-Schaltröhren 1 bleiben geöffnet. Wenn folglich auch nur eine einzige Röhre 1 Unterdruck verliert (oder zwei oder alle drei), wird keine der Elektroden geschlossen.

Wenn die Elektroden geschlossen sind, der Betätigungsmechanismus die Position von Fig. 4 eingenommen hat und der Stromkreis-Unterbrecher geöffnet werden soll, muß die' Schließwelle motorisch oder manuell im Uhrzeigersinn gedreht werden. Dadurch werden der Schließhebel 43 und der Rasthebel 61 im Gegendrehsinn verdreht und der Stift 354 des L-Hebels aus der Aussparung des Auslösehebels 36, der mitgedreht wurde, ausgehoben. Der L-Hebel 35 wird durch die Speicherkraft der Öffnungsfeder über die Elemente 33- und 34 im .Gegenuhrzeigersinn gedreht und verläßt mit seinem Stift 35 4 sprungartig den Auslös.ehebel 36, trennt dabei das Segment 34 vom Stift 353 und bringt durch die Wirkung der Feder 32 den Betätigungshebel 31 in schneller Uhrzeigersinn-Drehung um den Stift 1032 in die geöffnete Position gemäß Fig. 2 zurück. Bei dieser Drehbewegung überträgt der Betätigungshebel 31. über das Drehteil 13b eine Drehung im Uhrzeigersinn auf

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die Hauptwelle 13 und bewirkt so durch rasches Trennen der bewegbaren Elektrode 102 von der Festelektrode 101 die Stromkreisunterbrechung in sämtlichen Unterdruck-Schaltröhren 1.

Falls beispielsweise in einem Störungsfall der Auslösehebel 36 direkt (ohne Drehung der Schließwelle 46) im Gegenuhrzeigersinn verdreht wird, läuft der vorstehend erläuterte ünterbrechungsvorgang in gleicher Weise ab.

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Claims (4)

1. TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

   Balm Europalachen Patentamt zugelaasane Vertreter — Professional Representative* before the European Patent OKIca - Mandatalres agreea prea l'Olllca european dai brevet·

   Dipl.-Chem. br. N. tor Meer Dipl -InQ- H. Steinmeister . SsSsse 4^E· ^MÜller 1 Ariur-Ladebeck-StrasseBI

   D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

   Case: FP-1340 Mü/Gdt

   13. Januar 1982

   MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI- KAISHA 2-3, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan ■

   Unterdruck-Stromkreisunterbrecher

   Prioritäten:19. Januar 1981, Japan, Ser. No. 6799/1981 19. Januar 1981, Japan, Ser. Nr. 6800/1981

   PATENTANSPRÜCHE

   (( 1.) Unterdruckabhängiger Stromkreisunterbrecher mit einer je eine feste und eine bewegbare Elektrode enthaltenden Unterdruck-Schaltröhre, einer Öffnungsfeder zum öffnen und einem Betätigungsmechanismus zum Schließen der Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß

   - der Betätigungsmechanismus eine Schließfeder (55) als Energiespeicher, einen an einem Ende mit der bewegbaren Elektrode (102) und am anderen Ende mit der Schließfeder über eine Energiespeicherkurbel (5 2) gekoppelten Betätigungshebel (31) und einen über ein Zwischenglied (33) an einem mittleren Koppelpunkt (1031) des Betätigungshebels angreifenden Auslösemechanismus (37) umfaßt,

   - ein Energieübertragungsmechanismus (54) bei geöffneten Elektroden und durch den Auslösemechanismus verriegeltem

   TER MEER - MÖLLER .STEINMEIST^ -.,· " ^ .;. " :..: s^_tsubishi _ pp_₁₃40

   Betätigungshebel auf denselben eine durch die Schließfeder erzeugte und dem Betätigungshebel (31) ein Drehmoment im Elektroden-Öffnungssinn erteilende Speicherkraft (F) überträgt, die normalerweise kleiner als eine auf einer Differenz zwischen einem Innendruck in der Schaltröhre (1) und atmosphärischem Druck beruhende und; dem Betätigungshebel ein entsprechendes Drehmoment erteilende Selbstschließkraft (P) ist, und

   - die Selbstschließkraft (P)· die Speicherkraft (F) bei Drehung des Betätigungshebels (31) im Elektroden-Schließsinn überwindet, wenn die Wirkrichtung (X1) der Schließfeder (55) einen Koppelpunkt (2051) zwischen Übertragungsmechanlsmus (54.) und Schließfeder sowie einen durch einen Drehpunkt der Energiespeicherkurbel (52) definierten Totpunkt überschreitet, so daß der Betätigungshebel durch Kraftumkehr an seinem Ende um den Koppelpunkt (1031) verdreht und dabei im Zusammenspiel der Speicher- und Selbstschließkräfte (F+P) die Elektroden in der Schaltröhre (1) schnell geschlossen werden.
2. 2.· Unterbrecher nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkraft (F) durch den übertragungsmechanismus (54)"so dosiert übertragen wird, daß bei durch Unterdruckverlust verminderter Selbstschließkraft eine Überwindung der Speicherkraft (F) nicht möglich ist und in diesem. Fall ein Schließen, der Elektroden (101, 102) in der Schaltröhre (1) verhindert wird.
3. 3. Unterbrecher nach Anspruch 2 in einem Dreiphasenstromsystem, dadurch gekennzeichnet, daß

   drei Unterdruck-Schaltröhren (1) für die drei Phasen vorhanden sind und ihr gemeinsamer Energieübertragungsmechanismus (54) so eingestellt ist, daß eine durch Unterdruckverlust

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   schon in einer einzigen der Schaltröhren hervorgerufene Reduzierung der Selbstschließkraft (3P) ausreicht, das Schließen der Elektroden in sämtlichen Schaltröhren zu verhindern.
4. 4. Unterbrecher nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß nach Entriegelung des Auslösemechanismus (37) . . die gespeicherte Energie einer mit diesem Hebel .gekoppelten Öffnungsfeder (32) den Betätigungshebel (31) so um seinen Koppelpunkt mit dem Energieübertragungsmechanismus (54) verdreht, daß die Elektroden in der Schaltröhre (1) geöffnet werden.