Abbrandkontaktanordnung und Leistungsschalter

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Abbrandkontaktanordnung für einen Leistungsschalter sowie einen Leistungsschalter, der eine solche Abbrandkontaktanordnung umfasst. Leistungsschalter der beschriebenen Art werden im Hoch- und Mittelspannungsbereich von Stromverteilungsanlagen eingesetzt.

Stand der Technik

[0002] Bekannte Abbrandkontaktanordnungen zeigen oft beim kapazitiven Schalten vor allem von kleinen Strömen, also etwa beim Abschalten einer Kondensatorbank, ein unbefriedigendes Schaltverhalten. Wegen der Phasenverschiebung von 90° zwischen Strom und Spannung tritt ca. eine halbe Periode nach Unterbrechung des Stromes im Stromnulldurchgang eine dem Doppelten der Netzspannung entsprechende Spannung zwischen den Kontaktstücken auf. Zu diesem Zeitpunkt ist gewöhnlich der Abstand zwischen den Kontaktstücken noch verhältnismässig klein und, da sich im Lichtbogenraum ein Überdruck aufgebaut hat, der eine sehr schnelle Strömung um die Spitze des Kontaktstiftes erzeugt, ist auch die dielektrische Festigkeit in diesem Bereich wegen der verminderten Gasdichte stark herabgesetzt. Dies kann leicht zu Rückzündung führen.

[0003] Es sind verschiedene Abbrandkontaktanordnungen bekannt, bei denen versucht wurde, dem entgegenzuwirken. So ist etwa in EP 1 306 868 A1 eine Abbrandkontaktanordnung beschrieben, bei welcher ein Kontaktrohr mit einer dünneren Spitze eines Kontaktstiftes zusammenwirkt, die von einem das Engnis einer Düse im wesentlichen ausfüllenden dickeren Schaft getragen wird. Dadurch wird ein sofortiges Abfliessen von unter Überdruck stehendem Gas aus einem das Ende des Kontaktrohres umgebenden Lichtbogenraum durch die Düse hindurch verhindert. Doch muss die Düse ziemlich lang sein, damit das Engnis erst frei wird, wenn der Abstand zwischen der Spitze des Kontaktstiftes und dem Kontaktrohr so gross ist, dass eine Rückzündung nicht mehr zu befürchten ist.

[0004] Aus US 4 939 322 A, Fig. 10 ist eine gattungsgemässe Kontaktanordnung bekannt, bei welcher der Schaltstift eine kreisringförmige Platte trägt, die in der Einschaltstellung knapp hinter dem Engnis der Düse liegt und einen Anschlussraum, der auf das Engnis folgt, zylindrisch ist und am dem Engnis abgewandten Ende offen ist, verdämmt. Die Platte staut das Gas zurück und verhindert dadurch, dass das unter Überdruck stehende Gas schlagartig am Schaltstift vorbei aus dem Lichtbogenraum abfliesst, sobald der Schaltstift das Engnis freigibt. Das Gas kann erst abströmen, wenn die Platte ganz aus dem Anschlussraum zurückgezogen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist der Abstand zwischen den Kontaktstücken bereits so gross, dass keine Gefahr einer Rückzündung mehr besteht.

[0005] Diese Abbrandkontaktanordnung hat jedoch den Nachteil, dass der Anschlussraum und damit wiederum die Düse, die sowohl diesen als auch das Engnis bildet, verhältnismässig lang sein muss, damit die Abströmung des Gases nicht zu früh einsetzt. Ausserdem ist der zwischen dem Engnis und der Platte liegende Teil des Anschlussraums schon bei der Trennung des Kontaktstiftes vom Kontaktrohr verhältnismässig gross und vergrössert sich zwangsläufig linear mit dem Abstand zwischen den Kontaktstücken, sodass eine zwar verminderte, aber doch noch recht starke und nicht weiter beeinflussbare Strömung vom Lichtbogenraum in den Anschlussraum austritt.

[0006] In der gleichen Schrift werden Lösungen vorgeschlagen, welche die gleichen Nachteile haben. Insbesondere wird ein Schaltstift mit dünner Spitze und verdicktem Schaft offenbart, der durch eine Düse mit ein oder mehreren Engnissen oder Engnisbereichen geführt wird, wobei die Querschnitte der Engnisse und von Spitze bzw. Schaft so aufeinander abgestimmt sind, dass innerhalb der Düse Löschgas zurückgestaut werden kann, bis der Kontaktstift eine ausreichende Entfernung vom Kontaktrohr erreicht hat.

Darstellung der Erfindung

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemässe Abbrandkontaktanordnung anzugeben, welche so gesteuert werden kann, dass sie vor allem beim kapazitiven Schalten verhältnismässig kleiner Ströme ein besseres Schaltverhalten hat. Ausserdem soll ein Leistungsschalter angegeben werden, der die gleichen Vorteile aufweist.

[0008] Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die Abbrandkontaktanordnung für einen Leistungsschalter ist zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung umstellbar und weist erfindungsgemäss auf: ein erstes Kontaktstück und ein zweites Kontaktstück, welche in der Einschaltstellung miteinander in Kontakt sind, einen Lichtbogenraum, eine Düse aus Isolierstoff, welche ein Engnis bildet, das bevorzugt das zweite Kontaktstück in der Einschaltstellung umgibt, und mit einem auf das Engnis folgenden, an einem dem Engnis abgewandten Ende offenen Anschlussraum, wobei ein gegenüber dem Anschlussraum oder der Düse verschiebbares Gasrückstauelement vorhanden ist, welches in der Einschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums einengt, und welches in der Ausschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums weitgehend und bevorzugt vollständig freigibt, und wobei eine Position des Gasrückstauelements im Anschlussraum unabhängig vom zweiten Kontaktstück steuerbar ist.

[0009] Das erfindungsgemässe Gasrückstauelement verhindert, dass um die Spitze des Kontaktstiftes eine schnelle Strömung mit Geschwindigkeiten einsetzt, die im Überschallbereich liegen können, sobald der Kontaktstift zurückgezogen wird. Durch die unabhängig steuerbare Positionierung des Gasrückstauelements im an das Düsenengnis anschliessenden Anschlussraum wird dem Löschgas ein gewisses, einstellbares Volumen zur Verfügung gestellt und eine massvolle, steuerbare Löschgasströmung zugelassen und zugleich ein zu grosser Druckabfall und Dichteabfall des Löschgases verhindert.

[0010] Bevorzugt kann das Gasrückstauelement in der Einschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums weitgehend und insbesondere vollständig blockieren oder verdämmen, und/oder das Gasrückstauelement kann in der Ausschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums vollständig freigeben.

[0011] In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das zweite Kontaktstück unabhängig vom Gasrückstauelement verschiebbar, und/oder das Gasrückstauelement ist unabhängig vom zweiten Kontaktstück, insbesondere gleich- oder entgegengerichtet zu diesem, verschiebbar. Auch kann eine Position des Gasrückstauelements unabhängig von der Düse, insbesondere gleichgerichtet und/oder entgegengerichtet zur Düse, bewegbar sein. Desweiteren kann das Gasrückstauelement fest mit einem Gehäuse des Leistungsschalters verbunden sein.

[0012] Dadurch, dass die Bewegung des Gasrückstauelements oder Blockierelements nicht an die des Kontaktstiftes gebunden ist, ist es auch möglich, den Anteil des Anschlussraums, der zu einem bestimmten Zeitpunkt des Ausschaltvorganges - entsprechend einer bestimmten Position des Kontaktstiftes gegenüber dem Kontaktrohr und der Düse - frei und welcher durch das Blockierteil abgetrennt sein soll, zu steuern. Damit kann die Strömung vom Lichtbogenraum in den Anschlussraum derart in Abhängigkeit vom Abstand zwischen den Kontaktstücken beeinflusst werden, dass die Spannungsfestigkeit nie so weit sinkt, dass eine Rückzündung eintreten könnte. Dies ist vor allem beim kapazitiven Schalten ein entscheidender Vorteil, doch wirkt es sich auch beim Schalten grosser Ströme günstig aus, bei dem sich wegen starker Rückheizung besonders schnelle Strömungen ausbilden können.

[0013] Bevorzugt kann zur Begrenzung der Strömung das Volumen des freien Teils des Anschlussraums später oder langsamer vergrössert werden als dies bei einer starren Kopplung des Blockierelements an den Kontaktstift möglich wäre. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Anschlussraum kürzer sein kann, was wiederum die Baulänge der Abbrandkontaktanordnung und des Leistungsschalters verringert und Platz und Kosten spart.

[0014] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Leistungsschalter mit einer solchen Abbrandkontaktanordung sowie ein Verfahren zur Stromunterbrechung mit einer solchen Abbrandkontaktanordung, wobei ein Gasrückstau- oder Blockierelement im Anschlussraum zwischen Düsenengnis und Auspuff vorhanden ist und während eines Schaltvorganges zumindest zeitweise die Gasabströmung aus dem Düsenengnis behindert und dadurch die Dichte des Löschgases in der Lichtbogenzone hochhält.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0015] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, welche lediglich Ausführungsbeispiele darstellen.
Es zeigen

Fig. 1

schematisch einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemässen Leistungsschalters gemäss einer ersten Ausführungsform, oben in Einschaltstellung, unten in Ausschaltstellung,

Fig. 2

schematisch einen Längsschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemässen Leistungsschalter gemäss einer zweiten Ausführungsform in Ausschaltstellung,

Fig. 3a-f

mehrere aufeinanderfolgende bei einer Ausschaltung des Leistungsschalters gemäss Fig. 1 durchlaufene Stellungen desselben und

Fig. 4

zeitliche Verläufe mehrerer bei einer Ausschaltung wesentlicher Spannungen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0016] Die Abbrandkontaktanordnung gemäß unabhängigem Anspruch 1 weist erfindungsgemäss ein gegenüber dem Anschlussraum 7 oder der Düse 2 verschiebbares Gasrückstauelement 19 auf, welches den Querschnitt des Anschlussraums 7 einengt, z. B. indem es im Anschlussraum eine flächenhafte Querschnittsverengung bildet, und welches in der Ausschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums 7 freigibt, z. B. indem es ausserhalb des Anschlussraums 7 liegt. Die Merkmale aus den abhängigen Ansprüchen sind optional und kennzeichnen in beliebiger Kombination bevorzugte Ausführungsbeispiele.

[0017] In Fig. 1 ist beispielhaft ein Teil eines Leistungsschalters dargestellt, welcher eine zentrale Abbrandkontaktanordnung und eine mit dieser zusammenwirkende Druckerzeugungsvorrichtung umfasst sowie eine äussere Nennstromkontaktanordnung. Teile des Leistungsschalters sind nur soweit dargestellt, als sie für die Funktion der Abbrandkontaktanordnung wesentlich sind.

[0018] Die Abbrandkontaktanordnung umfasst ein als im Endbereich geschlitztes Kontaktrohr 1 ausgebildetes erstes Kontaktstück, eine fest mit demselben verbundene Düse 2, welche aus einem Isolierstoff besteht, sowie ein als Kontaktstift 3 ausgebildetes zweites Kontaktstück. Ein Endbereich des Kontaktrohres 1 ist von einer Hülse 4 umgeben, welche ebenfalls aus einem Isolierstoff besteht. Die Düse 2 bildet eine durchgehende zentrale Öffnung, die einen Lichtbogenraum 5 umfasst, welcher sich beim Ausschalten zwischen dem ersten Kontaktstück 1 und dem zweiten Kontaktstück 3 erstreckt und an welchen ein zylindrisches Engnis 6 anschliesst. Auf der dem Lichtbogenraum 5 abgewandten Seite des Engnisses 6 erweitert sich die Öffnung, eine typischerweise konische Übergangszone bzw. Diffusor bildend, zu einem bevorzugt zylindrischen Anschlussraum 7 von grösserem Durchmesser, der an dem entgegengesetzten, dem Engnis 6 abgewandten Ende offen ist, indem die den Anschlussraum 7 umschliessende Wand wie dargestellt abbricht oder sich ein weiterer Raum grösseren Querschnitts anschliesst.

[0019] Prinzipiell kann die Düse auch mehrere Engnisse aufweisen, wobei die Düse endseitig wiederum in eine sich erweiternde Öffnung übergeht, welche eine Übergangszone bzw. einen Enddiffusor oder Hauptdiffusor bildet, an den sich der Anschlussraum anschliesst. Die Übergangszone ist typischerweise konisch ausgebildet, kann aber auch eine andere Kontur aufweisen. Die Verdämmung durch das erfindungsgemässe Rückstauelement 19 zur Rückstauung von Löschgas findet dabei hauptsächlich oder bevorzugt im Anschlussraum 7 statt, der vom Düsenengnis 6 durch den endseitigen Diffusor getrennt ist. Bauseitig können Engnis 6 und Anschlussraum 7 aus dem selben Material und insbesondere einstückig sein. Insbesondere kann die Düse 2 das Engnis 6 und den Anschlussraum 7 umfassen, wobei der Anschlussraum 7 gegenüber dem Engnis 6 erweitert und bevorzugt durchgängig erweitert ist. Durch eine durchgängige Erweiterung kann der Anschlussraum 7 beim Zurückziehen des Rückstauelements 19 bei einem Ausschaltvorgang kontinuierlich oder sukzessive freigegeben werden, so dass eine harmonische Abströmung von Löschgas erreicht wird.

[0020] Der Kontaktstift 3 ragt in der Einschaltstellung (oben) durch den Anschlussraum 7 und mit geringem seitlichen Abstand zur Düse 2 durch das Engnis 6 und weiter durch den Lichtbogenraum 5. Die Spitze des Kontaktstifts 3 liegt im Inneren des Kontaktrohrs 1 und füllt dessen Querschnitt knapp hinter dessen Ende, wo der Querschnitt am geringsten ist, aus, sodass das Kontaktrohr 1 den Kontaktstift 3 etwas hinter der Spitze von aussen berührt und damit kontaktiert. In der Ausschaltstellung (unten) liegt die Spitze des Kontaktstiftes 3 etwa im hinteren Bereich des Anschlussraums 7.

[0021] An der Aussenseite der Düse 2 schliesst ein erster rohrförmiger Nennstromkontakt 8 an, der das Kontaktrohr 1 mit Abstand umgibt, sodass zwischen diesen Teilen ein Heizraum 9 einer Druckerzeugungsvorrichtung liegt, welcher über einen Ringkanal 10 in der Düse 2 mit dem Lichtbogenraum 5 verbunden ist. Der Heizraum 9 ist durch eine das Kontaktrohr 1 mit dem ersten Nennstromkontakt 8 verbindende Zwischenwand 11, welche mit Rückschlagventilen versehene Öffnungen aufweist, von einem Kompressionsraum 12 getrennt. Die Druckerzeugungsvorrichtung umfasst ferner einen fest mit dem Gehäuse des Leistungsschalters verbundenen kreisringförmigen Kolben 13, der den Kompressionsraum 12 an seinem der Zwischenwand 11 abgewandten Ende begrenzt.

[0022] Ebenfalls fest mit dem Gehäuse verbunden ist ein zweiter rohrförmiger Nennstromkontakt 14, der die Düse 2 mit Abstand umgibt und in der Einschaltstellung mit dem ersten Nennstromkontakt 8 überlappt und ihn von aussen berührt und kontaktiert. Der zweite Nennstromkontakt 14 trägt innen eine Querwand 15 mit einer zentralen Öffnung, durch welche der Kontaktstift 3 geführt ist. Durch eine weitere Öffnung ragt eine Stange 16, die über einen Ring 17 mit der Düse 2 fest verbunden ist.

[0023] Die Querwand 15, die vom Ende des Anschlussraums 7 und somit der Düse 2 beabstandet ist, trägt ausserdem einen als gegen das Engnis 6 vorstehendes, den Kontaktstift 3 umgebendes Rohr ausgebildeten Träger 18, an dessen Ende ein kreisringförmiges Gasrückstauelement oder Blockierelement 19 befestigt ist. Es liegt in der Einschaltstellung nahe dem vorderen, dem Engnis 6 zugewandten Ende des Anschlussraums 7, also knapp hinter dem Engnis 6 und füllt den Querschnitt des Anschlussraums 7, vom Schaltstift 3 abgesehen, weitgehend vollständig aus. In der Ausschaltstellung liegt es mit Abstand hinter dem dem Engnis 6 abgewandten offenen Ende des Anschlussraums 7.

[0024] Der dargestellte Teil des Leistungsschalters ist von einem nicht dargestellten rohrförmigen Gehäuse mit Abstand umgeben. Das Gehäuse enthält einen Auspuffraum, mit dem der Lichtbogenraum 5 durch das Innere des Kontaktrohrs 1 verbunden ist und auch über das Engnis 6 und den Anschlussraum 7. Weiter enthält es einen Antrieb, mit dem das Kontaktrohr 1 verbunden ist sowie der erste Nennstromkontakt 8 und die an dme Kontaktrohr befestigte Düse 2. Über die mittels des Rings 17 starr mit der Düse 2 verbundene Stange 16 ist der Antrieb weiter mit einem Getriebe wirkverbunden, das den Kontaktstift 3 antreibt. Bei einer Ausschaltung, die den Leistungsschalter und insbesondere die Abbrandkontaktanordnung aus dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand überführt, prägt der Antrieb dem Kontaktrohr 1 und den mit ihm verbundenen Teilen einerseits und, über das Getriebe, dem Kontaktstift 3 andererseits gegenläufige Bewegungen auf.

[0025] Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, welche von der oben beschriebenen nur insofern geringfügig abweicht, als das Gasrückstauelement 19 nicht fest mit dem Gehäuse des Leistungsschalters verbunden ist, sondern über einen durch die Querwand 15 durchgeführten stabfömigen Träger 18' mit einem weiteren, ebenfalls mit dem Antrieb wirkverbundenen Getriebe. Dadurch kann die Position des Gasrückstauelements 19 unabhängig von der Düse 2 und/oder vom zweiten Kontaktstück 3 gesteuert werden, was einen insgesamt etwas aufwendigeren Aufbau bedingt.

[0026] Unter Bezugnahme auf Fig. 3a-f wird im folgenden eine Ausschaltung des Leistungsschalters gemäss der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform erläutert, bei der eine Kondensatorbank vom Netz getrennt wird. Dabei wird auch die einige Spannungsverläufe zeigende Fig. 4 herangezogen, die auf der Zeitachse auch Verweise auf einige der Figuren 3a-f enthält, welche jeweils den Leistungsschalter in einer dem Zeitpunkt entsprechenden Stellung zeigen.

[0027] Aus der Einschaltstellung (Fig. 3a) wird durch den Antrieb das Kontaktrohr 1 nach links verschoben, zusammen mit den mit ihm verbundenen Teilen, sodass der erste Nennstromkontakt 8 vom zweiten Nennstromkontakt 14 getrennt, also der Nennstrompfad unterbrochen wird. Der Strom kommutiert vollständig auf den Abbrandpfad und fliesst über das Kontaktrohr 1 und den Kontaktstift 3, die nach wie vor einander überlappen. Gleichzeitig beginnt die Verkleinerung des Kompressionsraums 12, welche eine Kompression des in demselben enthaltenen Löschgases, z.B. SF₆, zur Folge hat (Fig. 3b).

[0028] Im Lauf der weiteren Bewegung des Kontaktrohrs 1 und der einsetzenden entgegengesetzten Bewegung des Kontaktstiftes 3 wird der Kontaktstift 3 vollständig aus dem Kontaktrohr 1 herausgezogen und unter Bildung eines Lichtbogens vom Kontaktrohr 2 getrennt (Fig. 3c). Der Lichtbogen erlischt beim nächsten Stromnulldurchgang unter der Einwirkung des aus dem Kompressionsraum 12 über den Heizraum 9 und den Ringkanal 10 in den Lichtbogenraum 5 und durch das Kontaktrohr 1 in den Auspuffraum strömenden Löschgases. Dadurch behält jedoch die Kondensatorbank ihre Spannung bei, die wegen der Phasenverschiebung von 90° zwischen Strom und Spannung beim Stromnulldurchgang der vollen Netzspannung entspricht.

[0029] Während der Kontaktstift 3 sich weiter vom Ende des Kontaktrohrs 1 entfernt, steigt die zwischen diesen Kontaktstücken liegende Kontaktspannung U_K damit binnen einer Halbperiode T/2 auf das Doppelte der Netzspannung (durchgezogene Linie in Fig. 4) an. Doch gleichzeitig steigt mit dem Abstand zwischen den Kontaktstücken und auch unter der Einwirkung der weitergehenden Löschgasströmung in den Lichtbogenraum 5 auch die Durchbruchsspannnung U_D (strichpunktierte Linie), und zwar derart, dass sie stets höher ist als die Kontaktspannung U_K und somit keine Rückzündung eintritt.

[0030] Auch zum Zeitpunkt, zu dem der Kontaktstift 3 vollständig aus dem Engnis 6 zurückgezogen wird (Fig. 3d), treten keine hohen, insbesondere keine im Überschallbereich liegenden Strömungen im Bereich der Spitze des Kontaktstiftes 3 auf, da das Gasrückstauelement 19 bis zu diesem Zeitpunkt nur ein verhältnismässig kleines Volumen freigegeben hat und die Verbindung des Anschlussraums 7 mit dem Auspuffraum fast vollständig blockiert. Die Länge des freigegebenen Volumens entspricht lediglich dem Hub des Kontaktrohrs 1 gegenüber dem Gehäuse bis zu diesem Zeitpunkt, während der Hub des Kontaktstiftes 3 das besagte Volumen nicht beeinflusst. Die Strömung vom Lichtbogenraum 5 durch das Engnis 6 in den Anschlussraum 7 ist daher so geringfügig, dass die dielektrische Festigkeit nicht merklich abfällt und die Durchbruchsspannnung U_D ungebremst weiter zunimmt. Die zum Vergleich eingezeichnete Spannung U_V (gestrichelte Linie), die den Verlauf der Durchbruchsspannung bei Abwesenheit des Gasrückstauelements 19, aber bei im übrigen gleichen Aufbau des Leistungsschalters zeigt und die schon von Beginn an etwas langsamer zunahm, da die Strömung durch das Engnis 6 in diesem Fall grösser wäre, knickt zu diesem Zeitpunkt deutlich ab, d.h. sie wächst langsamer mit dem Abstand der Kontaktstücke bzw. der Zeit t, sodass sie schliesslich von der Kontaktspannung U_K übertroffen wird und Rückzündung eintritt.

[0031] Sobald das Gasrückstauelement 19 den Anschlussraum 7 vollständig verlassen hat (Fig. 3e), nimmt die Gasströmung vom Lichtbogenraum 5 über das Engnis 6 und den Anschlussraum 7 in den Auspuffraum schlagartig zu. Dies führt zu einem kurzzeitigen Rückgang der Durchbruchsspannnung U_D, die auf den Wert der Vergleichsspannung U_V abfällt und sich im folgenden nicht von diesem unterscheidet. Doch ist zu diesem Zeitpunkt t = 3e der Abstand zwischen dem Kontaktstift 3 und dem Kontaktrohr 1 bereits so gross, dass die dielektrische Festigkeit weiterhin ausreicht und die Durchbruchsspannnung U_D stets grösser bleibt als die Kontaktspannung U_K. Die weitere Entfernung des Kontakstiftes 3 vom Kontaktrohr 1 und die Löschgasströmung aus dem Kompressionsraum 12 und dem Heizraum 9, die weitergehen, bis schliesslich die Ausschaltstellung (Fig. 3f) erreicht ist, führen zu einer weiteren Erhöhung der Durchbruchsspannung U_D derart, dass eine Rückzündung ausgeschlossen ist.

[0032] Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform bietet wie erwähnt die Möglichkeit, die Position des Gasrückstauelements 19 unabhängig von der Düse 2 und/oder unabhängig vom zweiten Kontaktstück 3 zu steuern. So kann das Gasrückstauelement 19 zuerst in die gleiche Richtung verschoben werden wie die Düse 2, entweder so, dass sie deren Bewegung vollständig folgt oder etwas zurückbleibt, sodass der freigegebene Teil des Anschlussraums 7 sich zuerst gar nicht bzw. nur langsam vergrössert und kaum Strömung vom Lichtbogenraum 5 in den Anschlussraum 7 auftritt. Sobald der Abstand zwischen den Kontaktstücken gross genug ist, um eine ausreichend hohe Durchbruchsspannung zu gewährleisten, kann die Bewegung des Gasrückstauelements 19 angehalten werden oder das Gasrückstauelement 19 in Gegenrichtung - also in die gleiche Richtung wie der Kontaktstift 3 - bewegt und aus dem Anschlussraum 7 zurückgezogen werden.

[0033] Es kann weitgehend von den beschriebenen Ausführungsformen abgewichen werden, ohne dass der Bereich der Erfindung wie in den Ansprüchen beansprucht verlassen würde. So kommt es insbesondere nicht darauf an, welche Teile des Leistungsschalters ortsfest sind und welche nicht. Entscheidend sind die Relativbewegungen der Teile, vor allem von Düse, Kontaktstift und Gasrückstauelement. Der Leistungsschalter kann z. B. ein Blaskolbenschalter, ein Selbstblasschalter, desweiteren ein Hoch- oder Mittelspannungsschalter, sowie ein Schalter mit Einfachbewegung eines Kontaktstücks oder mit Doppelantrieb für beide Kontaktstücke sein.

Bezugszeichenliste

[0034] 

1

Kontaktrohr

2

Düse

3

Kontaktstift

4

Hülse

5

Lichtbogenraum

6

Engnis

7

Anschlussraum

8

erster Nennstromkontakt

9

Heizraum

10

Ringkanal

11

Zwischenwand

12

Kompressionsraum

13

Kolben

14

zweiter Nennstromkontakt

15

Querwand

16

Stange

17

Ring

18, 18'

Träger

19

Blockierelement, Rückstauelement für Löschgas

Ansprüche

1. Abbrandkontaktanordnung für einen Leistungsschalter, welche zwischen einer Einschaltstellung und einer Ausschaltstellung umstellbar ist, mit einem ersten Kontaktstück (1) und einem zweiten Kontaktstück (3), welche in der Einschaltstellung miteinander in Kontakt sind und relativ zueinander bewegbar sind, mit einem Lichtbogenraum (5), sowie mit einer Düse (2) aus Isolierstoff, welche ein Engnis (6) bildet, das in der Einschaltstellung das zweite Kontaktstück (3) umgibt, und mit einem auf das Engnis (6) folgenden, an einem dem Engnis (6) abgewandten Ende offenen Anschlussraum (7), dadurch gekennzeichnet, dass ein gegenüber dem Anschlussraum (7) oder der Düse (2) verschiebbares Gasrückstauelement (19) vorhanden ist, welches in der Einschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums (7) einengt, und welches in der Ausschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums (7) weitgehend freigibt, und dass eine Position des Gasrückstauelements (19) im Anschlussraum (7) unabhängig vom zweiten Kontaktstück (3) steuerbar ist.

2. Abbrandkontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontaktstück (3) unabhängig vom Gasrückstauelement (19) verschiebbar ist.

3. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasrückstauelement (19) unabhängig vom zweiten Kontaktstück (3) verschiebbar ist, insbesondere dass das Gasrückstauelement (19) gleichgerichtet und/oder entgegengerichtet zum zweiten Kontaktstück (3) bewegbar ist.

4. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des Gasrückstauelements (19) unabhängig von der Düse (2) steuerbar ist, insbesondere dass das Gasrückstauelement (19) gleichgerichtet und/oder entgegengerichtet zur Düse (2) bewegbar ist.

5. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasrückstauelement (19) fest mit einem Gehäuse des Leistungsschalters verbunden ist.

6. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasrückstauelement (19) in der Einschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums (7) weitgehend blockiert und insbesondere vollständig blockiert, und/oder dass das Gasrückstauelement (19) in der Ausschaltstellung den Querschnitt des Anschlussraums (7) vollständig freigibt.

7. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

a) das Gasrückstauelement (19) in der Einschaltstellung im Anschlussraum (7) liegt, und/oder

b) das Gasrückstauelement (19) in der Ausschaltstellung ausserhalb des Anschlussraums (7) liegt.

8. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasrückstauelement (19) in der Einschaltstellung nahe beim dem Engnis (6) zugewandten Ende des Anschlussraums (7) steht und in der Ausschaltstellung nahe dem oder hinter dem entgegensetzten, dem Engnis (6) abgewandten Ende des Anschlussraums (7).

9. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des zweiten Kontaktstücks (3) in der Ausschaltstellung hinter das Engnis (6) zurückgezogen ist.

10. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussraum (7) gegenüber dem Engnis (6) erweitert, bevorzugt durchgängig erweitert, besonders bevorzugt kontinuierlich erweitert, ist, und/oder dass der Anschlussraum (7) einen konstanten Querschnitt aufweist.

11. Abbrandkontaktanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Engnis (6) der Düse (2) und/oder der Anschlussraum (7) von zylindrischer Form sind, und/oder dass das Engnis (6) und der Anschlussraum (7) durch eine konische Übergangszone miteinander verbunden sind, und/oder dass die Düse (2) das Engnis (6) und den Anschlussraum (7) bildet.

12. Leistungsschalter mit einer Abbrandkontaktanordnung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche sowie mit einem Antrieb, welcher geeignet ist, eine Ausschaltung zu bewirken, bei welcher die Abbrandkontaktanordnung aus der Einschaltstellung in die Ausschaltstellung übergeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb derart mit der Abbrandkontaktanordnung wirkverbunden ist, dass bei einer Kontakttrennung das Gasrückstauelement (19) gegenüber dem zweiten Kontaktstück (3) zumindest zeitweise verzögert und/oder verlangsamt und/oder entgegengerichtet aus dem Anschlussraum (7) zurückziehbar ist.

13. Leistungsschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Druckerzeugungseinrichtung umfasst mit einem mit dem Lichtbogenraum (5) verbundenen Kompressionsraum (12) und mit einem Kolben (13), der den Kompressionsraum (12) derart begrenzt, dass er bei der Kontakttrennung gegenüber der Düse (2) gegen den Lichtbogenraum (5) hin verschiebbar ist.

14. Leistungsschalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressionsraum (12) das erste Kontaktstück (1) umgibt, und dass der Kolben (13) den Kompressionsraum (12) einseitig begrenzt.

15. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gehäuse umfasst und dass das zweite Kontaktstück (3) und die Düse (2) derart mit dem Antrieb wirkverbunden sind, dass sie bei der Kontakttrennung gegenüber dem Gehäuse gegenläufige Bewegungen ausführen, während das Gasrückstauelement (19) fest mit dem Gehäuse verbunden ist.

16. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gehäuse umfasst und das zweite Kontaktstück (3), die Düse (2) und das Gasrückstauelement (19) derart mit dem Antrieb wirkverbunden sind, dass bei der Kontakttrennung das zweite Kontaktstück (3) und die Düse (2) gegenüber dem Gehäuse gegenläufige Bewegungen ausführen und das Gasrückstauelement (19) zuerst eine mit der Bewegung der Düse (2) gleichgerichtete Bewegung und dann eine entgegengesetzte Bewegung ausführt.

17. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 12-16, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens einen Auspuffraum enthält, in welchen mindestens in der Ausschaltstellung der Anschlussraum (7) mündet.

18. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 12-17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kontaktstück (1) als Kontaktrohr (1) ausgebildet ist und das zweite Kontaktstück (3) als Kontaktstift (3), der in der Einschaltstellung vom Kontaktrohr (1) von aussen kontaktierbar ist.

19. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 12-18, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogenraum (5) über die Öffnung im Kontaktrohr (1) mit dem mindestens einen Auspuffraum verbunden ist.

Claims

1. Arcing contact arrangement for a circuit breaker, which is switchable between a switched-on position and a switched-off position, having a first contact piece (1) and a second contact piece (3), which make contact with one other in the switched-on position and are moveable relative to one another, having an arcing chamber (5), and having a nozzle (2), made from insulating material, which forms a constriction (6) that surrounds the second contact piece (3) in the switched-on position, and having a connection chamber (7) which is downstream of the constriction (6) and is open at an end remote from the constriction (6), characterized in that a gas back-pressure element (19), which is displaceable relative to the connection chamber (7) or the nozzle (2), is present and constricts the cross section of the connection chamber (7) in the switched-on position and substantially frees the cross section of the connection chamber (7) in the switched-off position, and in that a position of the gas back-pressure element (19) in the connection chamber (7) is controllable independently of the second contact piece (3).

2. Arcing contact arrangement according to Claim 1, characterized in that the second contact piece (3) is displaceable independently of the gas back-pressure element (19).

3. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the gas back-pressure element (19) is displaceable independently of the second contact piece (3), in particular in that the gas back-pressure element (19) is moveable in the same direction as and/or in the opposite direction from the second contact piece (3).

4. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a position of the gas back-pressure element (19) is controllable independently of the nozzle (2), in particular in that the gas back-pressure element (19) is moveable in the same direction as and/or in the opposite direction from the nozzle (2).

5. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the gas back-pressure element (19) is rigidly connected to a housing of the circuit breaker.

6. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the gas back-pressure element (19) substantially blocks, and in particular completely blocks, the cross section of the connection chamber (7) in the switched-on position, and/or in that the gas back-pressure element (19) completely frees the cross section of the connection chamber (7) in the switched-off position.

7. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that

a) in the switched-on position, the gas back-pressure element (19) lies in the connection chamber (7), and/or

b) in the switched-off position, the gas back-pressure element (19) lies outside the connection chamber (7).

8. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that, in the switched-on position, the gas back-pressure element (19) is close to the end of the connection chamber (7) nearest to the constriction (6) and, in the switched-off position, is close to or behind the opposite end of the connection chamber (7) remote from the constriction (6).

9. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the tip of the second contact piece (3) is pushed back behind the constriction (6) in the switched-off position.

10. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the connection chamber (7) is widened relative to the constriction (6), preferably widened throughout, particularly preferably widened continuously, and/or in that the connection chamber (7) has a constant cross section.

11. Arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the constriction (6) of the nozzle (2) and/or the connection chamber (7) are cylindrical, and/or in that the constriction (6) and the connection chamber (7) are connected to one another by means of a conical transition zone, and/or in that the nozzle (2) forms the constriction (6) and the connection chamber (7).

12. Circuit breaker having a arcing contact arrangement according to one of the preceding claims, and having a drive which is suitable for effecting a switching-off operation in which the arcing contact arrangement is transferred from the switched-on position to the switched-off position, characterized in that the drive is operationally connected to the arcing contact arrangement in such a way that, when the contacts are broken, the gas back-pressure element (19) is able to be pulled back out of the connection chamber (7) in a manner which is at least temporarily delayed and/or slowed and/or in the opposite direction relative to the second contact piece (3).

13. Circuit breaker according to Claim 12, characterized in that it comprises a pressure-generating device having a compression chamber (12) connected to the arcing chamber (5), and having a piston (13) which limits the compression chamber (12) in such a way that, when the contacts are broken, said piston is displaceable, relative to the nozzle (2), towards the arcing chamber (5).

14. Circuit breaker according to Claim 13, characterized in that the compression chamber (12) surrounds the first contact piece (1), and in that the piston (13) limits the compression chamber (12) on one side.

15. Circuit breaker according to one of Claims 12 to 14, characterized in that it comprises a housing and in that the second contact piece (3) and the nozzle (2) are operationally connected to the drive in such a way that, when the contacts are broken, they move in opposite directions relative to the housing, while the gas back-pressure element (19) is rigidly connected to the housing.

16. Circuit breaker according to one of Claims 12 to 14, characterized in that it comprises a housing and the second contact piece (3), the nozzle (2) and the gas back-pressure element (19) are operationally connected to the drive in such a way that, when the contacts are broken, the second contact piece (3) and the nozzle (2) move in opposite directions relative to the housing and the gas back-pressure element (19) firstly moves in the same direction as the movement of the nozzle (2) and then in the opposite direction.

17. Circuit breaker according to one of Claims 12 to 16, characterized in that it contains at least one exhaust chamber, which, at least in the switched-off position, opens into the connection chamber (7).

18. Circuit breaker according to one of Claims 12 to 17, characterized in that the first contact piece (1) is formed as a contact tube (1) and the second contact piece (3) is formed as a contact pin (3), which, in the switched-on position, is contactable from the outside by the contact tube (1).

19. Circuit breaker according to one of Claims 12 to 18, characterized in that the arcing chamber (5) is connected to the at least one exhaust chamber via the opening in the contact tube (1).

Revendications

1. Dispositif de contact d'usure destiné à un disjoncteur commutable entre une position de circuit fermé et une position de circuit ouvert, comportant une première pièce de contact (1) et une seconde pièce de contact (3) qui sont en contact l'une avec l'autre à la position de circuit fermé et qui sont mobiles l'une par rapport à l'autre, comportant une chambre à arc (5) ainsi qu'une buse (2) de matériau isolant formant un passage étroit (6) qui, à la position de circuit fermé de la seconde pièce de contact (3) entoure une chambre de raccordement (7) à une extrémité ouverte opposée au passage étroit (6) et située en aval du passage étroit (6), caractérisé en ce qu'il est prévu un élément de blocage de retour de gaz (19) pouvant être déplacé par rapport à la chambre de raccordement (7) ou à la buse (2), qui rétrécit la section transversale de la chambre de raccordement (7) à la position de circuit fermé, et qui libère entièrement la section transversale de la chambre de raccordement (7) à la position de circuit ouvert, et en ce qu'une position de l'élément de blocage de retour de gaz (19) dans la chambre de raccordement (7) peut être commandée indépendamment de la seconde pièce de contact (3).

2. Dispositif de contact d'usure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde pièce de contact (3) peut être déplacée indépendamment de l'élément de blocage de retour de gaz (19).

3. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19) peut être déplacé indépendamment de la seconde pièce de contact (3), et plus précisément, en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19) peut être déplacé dans la même direction et/ou en direction opposée à la seconde pièce de contact (3).

4. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une position de l'élément de blocage de retour de gaz (19) peut être commandée indépendamment de la buse (2), et plus précisément, en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19) peut être déplacé dans la même direction et/ou en direction opposée à la buse (2).

5. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19) est fermement relié à un boîtier du disjoncteur.

6. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19) bloque en grande partie la section transversale de la chambre de raccordement (7) à la position de circuit fermé, et plus précisément, en ce qu'il la bloque entièrement, et/ou en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19) libère entièrement la section transversale de la chambre de raccordement (7) à la position de circuit ouvert.

7. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que

a) l'élément de blocage de retour de gaz (19), à la position de circuit fermé, se trouve dans la chambre de raccordement (7), et/ou

b) l'élément de blocage de retour de gaz (19), à la position de circuit ouvert, se trouve à l'extérieur de la chambre de raccordement (7).

8. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19), à la position de circuit fermé, se trouve à proximité de l'extrémité de la chambre de raccordement (7) qui est opposée au passage étroit (6) et en ce qu'à la position de circuit ouvert, il se trouve à proximité ou à l'arrière de l'extrémité de la chambre de raccordement (7) qui est opposée au passage étroit (6).

9. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à la position de circuit ouvert, la pointe de la seconde pièce de contact (3) est rétractée à l'arrière du passage étroit (6).

10. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace raccordement (7) s'élargit par rapport au passage étroit (6) et de préférence, en ce qu'il s'élargit de manière constante, et de manière encore plus préférable, en ce qu'il s'élargit continument, et/ou en ce que la chambre de raccordement (7) présente une section transversale constante.

11. Dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage étroit (6) de la buse (2) et/ou en ce que la chambre de raccordement (7) sont de forme cylindrique, et/ou en ce que le passage étroit (6) et la chambre de raccordement (7) sont reliés entre eux par une zone de transition conique, et/ou en ce que la buse (2) forme le passage étroit (6) et la chambre de raccordement (7).

12. Disjoncteur comprenant un dispositif de contact d'usure selon l'une quelconque des revendications précédentes et comprenant un dispositif d'attaque apte à provoquer un passage en circuit ouvert lors duquel le dispositif de contact d'usure est amené à passer de la position de circuit fermé à la position de circuit ouvert, caractérisé en ce que le dispositif d'attaque est fonctionnellement relié au dispositif de contact d'usure de telle manière que lors de la séparation des contacts, l'élément de blocage de retour de gaz (19) est au moins temporairement retardé et/ou ralenti et/ou rétractable dans des directions opposées en dehors de la chambre de raccordement (7) par rapport à la seconde pièce de contact (3).

13. Disjoncteur selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif générateur de pression comportant une chambre de compression (12) reliée à la chambre à arc (5) et comportant un piston (13) qui délimite la chambre de compression (12) de telle sorte qu'il puisse être déplacé lors de la séparation des contacts par rapport à la buse (2) vers la chambre à arc (5).

14. Disjoncteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que la chambre de compression (12) entoure la première pièce de contact (1), et en ce que le piston (13) délimite d'un côté la chambre de compression (12).

15. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier et en ce que la seconde pièce de contact (3) et la buse (2) sont fonctionnellement reliées au dispositif d'attaque, et en ce qu'elles effectuent un mouvement en sens opposé par rapport au boîtier lors d'une séparation des contacts alors que l'élément de blocage de retour de gaz (19) est relié au boîtier.

16. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier et en ce que la seconde pièce de contact (3), la buse (2) et l'élément de blocage de retour de gaz (19) sont fonctionnellement reliés au dispositif d'attaque de telle sorte que lors de la séparation des contacts la seconde pièce de contact (3) et la buse (2) effectuent des mouvements en sens opposé par rapport au boîtier et en ce que l'élément de blocage de retour de gaz (19) effectue en premier lieu un mouvement dans la même direction que le mouvement de la buse (2) puis effectue un mouvement inverse.

17. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une chambre d'échappement dans laquelle débouche la chambre de raccordement (7) au moins à la position de circuit ouvert.

18. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que la première pièce de contact (1) est réalisée sous la forme d'un tube de contact (1) et en ce que la seconde pièce de contact (3) est réalisée sous la forme d'une broche de contact (3) avec laquelle un contact peut être établi de l'extérieur à la position de circuit fermé du tube de contact (1).

19. Disjoncteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé en ce que la chambre à arc (5) est reliée à l'au moins une chambre d'échappement par l'intermédiaire de l'ouverture ménagée dans le tube de contact (1).

Zeichnung