Druckgasschalter

Abstract

 Das aus Isolierstoff bestehende Gehäuse (1) ist in einen für einen druckerzeugenden Hilfslichtbogen (31) vorgesehenen Lichtbogendruckraum (6), in einen zur Speicherung von frischem Löschgas dienenden Speicherraum (7), in einen für die Löschung des Hauptlichtbogens (33) bestimmten Löschraum (8) und in einen Expansionsraum (9) unterteilt. Im festen Kontaktstück (2) ist ein axial verschiebbarer Nachlauf-Isolierkolben (27) geführt. Er wird im Zuge des Einschalthubes gegen die Wirkung der Feder (28) in seine Ausgangsstellung durch das bewegliche Kontaktstück (16) verschoben und im Zuge des Ausschalthubes das bewegliche Kontaktstück (16) bis zu Verlassen der Trennwand (10) folgen. Bei Fortsetzung des Ausschalthubes bleibt der Nachlauf-Isolierkolben (27) stehen und verschliesst die zwischen dem Lichtbogendruckraum (6) und dem Löschraum (8) liegende Durchtrittsöffnung (17) in der Trennwand (10). Der elektrisch leitende Ring (29) begrenzt die Durchtrittsöffnung (17) und dient als Lichtbogenelektrode zwischen dem Hilfslichtbogen (31) und dem Hauptlichtbogen (33). Während einer Ausschaltbewegung mit Lichtbogenlöschung treibt der durch den Hilfslichtbogen (31) erzeugte Druck frisches Gas aus dem Speicherraum (7) in den Löschraum (8).

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckgasschalter, mit einem festen Kontaktstück, mit einem mit dem festen Kontaktstück axial in Eingriff bringbaren stangenförmigen beweglichen Kontaktstück und mit einem Gehäuse dessen Innenraum in einen zwischen einer dem festen Kontaktstück vorgelagerten Abbrandelektrode und einer davon in Ausschaltrichtung beabstandeten in das Gehäuse eingesetzten für das bewegliche Kontaktstück eine Drucktrittsöffnung aufweisenden Trennwand sich erstreckenden Lichtbogendruckraum, in einen zwischen der Trennwand und einer davon wiederum in Ausschaltrichtung beabstandeten und in das Gehäuse eingesetzten Zwischenwand liegenden Löschraum und in einen an der dem Löschraum abgekehrten Seite der Zwischenwand vorhandenen mit dem Löschraum im Zuge des Ausschalthubes über einen durch das bewegliche Kontaktstück freigegebenen Kanal in Gasverbindung tretenden Expansionsraum unterteilt ist, wobei der Lichtbogendruckraum und der Löschraum miteinander über einen einen grösseren Rauminhalt als der Lichtbogendruckraum aufweisenden und mit mindestens einem Strömungsumlenkkörper versehenen Speicherraum kommunizieren.

[0002] Aus der CH-PS 173 516 ist ein Druckgasschalter der eingangs beschriebenen Art bekannt. Der bei diesem bekannten Druckgasschalter zwischen dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum über den Speicherraum vorgesehene offene Kanal bezweckt, dass der im Lichtbogendruckraum durch den Hilfslichtbogen erzeugte Druck aus dem Speicherraum frisches Gas in den Löschraum treibt, wodurch die Löschung des Hauptlichtbogens im Löschraum erleichtert wird. Zu diesem offenen Kanal wird aber im Zuge des Ausschalthubes ein zweiter Kanal parallel geschaltet und zwar nachdem das bewegliche Schaltstück die in der Trennwand angebrachte Durchtrittsöffnung zwischen dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum verlassen hat. Diese direkte Verbindung zwischen dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum bewirkt einerseits, dass im Lichtbogendruckraum eine Druckverminderung eintritt, was die Verminderung der Frischgasförderung aus dem Speicherraum in den Löschraum zur Folge hat und anderseits, dass durch den frei gewordenen direkten Kanal ionisiertes, heisses Gas in den Löschraum fliesst, was eine Erschwerung der Löschung des Hauptlichtbogens verursacht. Die Löscheigenschaften dieses bekannten Schalters sind vom Verhältnis der Strömungswiderstände vom Lichtbogendruckraum zum Löschraum einerseits über den Speicherraum und anderseits über die für das bewegliche Kontaktstück vorgesehene Durchtrittsöffnung in der Trennwand abhängig. Insbesondere bei einem für die Führung relativ hoher Betriebsströme und für die Abschaltung relativ hoher Kurzschlusströme vorgesehenen Druckgasschalter ist ein relativ dickes bewegliches Kontaktstück erforderlich, so dass bei einem solchen Schalter der vorerwähnte Strömungswiderstand über den Speicherraum nicht mehr sehr viel kleiner ist als über die Durchtrittsöffnung in der Trennwand. Der aus der CH-PS 173 516 bekannte Druckgasschalter lässt sich daher nicht für die Führung relativ hoher Betriebsströme und für die Abschaltung relativ hoher Kurzschlusströme ausbilden.

[0003] Aus der CH-PS 250 184 ist ein weiterer Druckgasschalter mit einem Lichtbogendruckraum und einem Löschraum bekannt bei welchem aber ein mit mindestens einem Strömungsumlenkkörper versehener Speicherraum fehlt. Der Lichtbogendruckraum steht mit dem gegenüber einem Expansionsraum mit einem am festen Kontaktstück angebrachten Ueberdruckventil abgeschlossenen Löschraum in direkter Verbindung. Das bewegliche Kontaktstück ist auf einen Teil seiner Länge durch ein Isolierstück gebildet. Dieses Isolierstück wird in der Einschaltstellung durch eine elektrisch leitende zwischen dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum angeordnete Hülse überbrückt. In der Einschaltstellung des Schalters sind demnach drei im Schalter Wärmeverluste verursachende Kontaktstellen vorhanden, nämlich zwischen dem beweglichen Kontaktstück und der Hülse, zwischen der Hülse und dem am Isolierstück befestigten Teil des beweglichen Kontaktstückes und schliesslich zwischen diesem Teil des beweglichen Kontaktstückes und dem festen Kontaktstück. Im Zuge des Ausschalthubes wird zuerst das Isolierstück des beweglichen Kontaktstückes in den Lichtbogendruckraum gezogen, wobei dort ein druckerzeugender Hilfslichtbogen entsteht. Dann wird der am Isolierstück befestigte Teil des beweglichen Schaltstückes aus dem festen Kontaktstück gezogen, wonach die Lichtbogenlöschung bei Abströmung des relativ heissen und ionisierten Gases aus dem Löschraum über das Ueberdruckventil in den Expansionsraum beginnt. Nachteil dieses Druckgasschalters ist, dass es schwierig ist ein Material für das Isolierstück im beweglichen Schaltstück zu finden, das den elektrischen, thermischen und mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist. Im weiteren ist das den Löschraum abschliessende Ueberdruckventil ein sehr empfindliches Element, das insbesondere bei Abschaltung relativ hoher Kurzschlusströme gefährdet ist oder zumindest seine Ansprechwerte nicht konstant bleiben. Dieser Druckgasschalter ist auch ungeeignet zur Führung relativ hoher Betriebsströme und für die Unterbrechung relativ hoher Kurzschlusströme.

[0004] Bei dem aus der CH-PS 385 319 bekannten Druckgasschalter ist zwischen dem beweglichen und dem festen Kontaktstück ein federbelasteter Nachlaufstift vorgesehen. Im Zuge des Ausschalthubes trennt sich zuerst der Nachlaufstift vom festen Kontaktstück, wobei ein druckerzeugender Hilfslichtbogen entsteht. Anschliessend trennt sich auch das bewegliche Kontaktstück vom Nachlaufstift im Löschraum. Der durch den Hilfslichtbogen und auch vom Hauptlichtbogen im Löschraum erzeugte Druck treibt Löschgas durch eine vom beweglichen Schaltstück im Zuge des Ausschalthubes freigegebene Düse. Für die Zufuhr von frischem Gas in den Löschraum gibt es hier keine Hinweise. Dieser Schalter ist auch ungeeignet für die Unterbrechung relativ hoher Kurzschlusströme. Für die Führung relativ hoher Betriebsströme ist dieser Druckgasschalter auch nicht geeignet, weil die Kontaktstellen zwischen dem festen Kontaktstück und dem Nachlaufstift und zwischen dem Nachlaufstift und dem festen Kontaktstück zugleich auch Lichtbogenbrennstellen sind, wodurch der Uebergangswiderstand dieser Kontaktstellen im Betrieb unbemerkt zu hoch werden kann. Die Erwärmung dieser Kontaktstellen kann bei hohen Betriebsströmen die zulässigen Grenzen unbemerkt überschreiten.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Druckgasschalter der eingangs erwähnten Art für die Führung relativ hoher Betriebsströme und für die Unterbrechung relativ hoher Kurzschlusströme auszubilden.

[0006] Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem festen Kontaktstück ein von diesem umschlossener im Zuge des Einschalthubes gegen die Wirkung einer Feder in seine Ausgangsstellung durch das bewegliche Schaltstück axial verschiebbarer und im Zuge des Ausschalthubes das bewegliche Schaltstück bis zum Verlassen der Trennwand folgender und danach die zwischen dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum liegende Durchtrittsöffnung in der Trennwand verschliessender Nachlauf-Isolierkolben zugeordnet ist und dass die dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum zugekehrten Randbereiche der Durchtrittsöffnung in der Trennwand miteinander elektrisch leitend verbunden sind.

[0007] Durch diese Massnahmen wird erreicht, dass das Gas in den Löschraum im Zuge des ganzen Ausschalthubes nur über den Frischgas enthaltenden Speicherraum fliessen kann. Die direkte Verbindung zwischen dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum ist durch den Nachlauf-Isolierkolben unterbunden. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den dem Lichtbogendruckraum und dem Löschraum zugekehrten Randbereichen der Durchtrittsöffnung ist für die Führung des im Lichtbogen fliessenden Stromes vorgesehen.

[0008] Der Nachlauf-Isolierkolben kann vorteilhafterweise hohl ausgebildet sein. So ist der Isolierkolben druckkompensiert und muss keine Feder aufweisen, die dem Druck im Löschraum entgegenwirken müsste.

[0009] Der Löschraum kann im Zuge des Ausschalthubes nach der Trennung des beweglichen Schaltstückes vom Nachlauf-Isolierkolben über den hohl ausgebildeten Nachlauf-Isolierkolben mit einem an der dem Löschraum abgekehrten Seite des Nachlauf-Isolierkolbens angeordneten zusätzlichen Expansionsraum kommunizieren. Diese Massnahme erlaubt die Unterteilung oder die Vergrösserung des Expansionsraumes durch einen zusätzlichen Raum.

[0010] Der Randbereich der Durchtrittsöffnung in der Trennwand kann aus einem in die Trennwand eingesetzten elektrisch leitenden Ring bestehen. Dadurch sind wirtschaftlich vorteilhafte Herstellverfahren für die Trennwand möglich. Der Ring kann vorteilhafterweise aus Graphit bestehen.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben, wobei deren einzige Figur einen schematischen Achsialschnitt durch einen Druckgasschalter zeigt.

[0012] Der dargestellte Druckgasschalter besitzt ein mit einem Löschgas, z.B. Schwefelhexafluorid, gefülltes., nach aussen dicht abgekapseltes Gehäuse 1 aus einem Isolierstoff. Im Gehäuse 1 ist ein festes Kontaktstück 2 angeordnet, das durch die obere Stirnwand 3 des Gehäuses herausgeführt ist, und in dieser Stirnwand verankert ist. Das feste Kontaktstück 2 weist einen Kranz federnder Kontaktfinger 4 auf, denen eine Abbrandelektrode 5 vorgelagert ist.

[0013] Der Innenraum des Gehäuses 1 ist in einen Lichtbogendruckraum 6, in einen Speicherraum 7, in einen Löschraum 8 und in einen Expansionsraum 9 unterteilt. Der Lichtbogendruckraum 6 liegt zwischen der Abbrandelektrode 5 und einer davon in Ausschaltrichtung beabstandeten im Gehäuse 1 befestigten Trennwand 10. Der Speicherraum 7 ist durch das feste Kontaktstück 2, durch das Gehäuse 1 und der Trennwand 10 begrenzt und weist einen das feste Kontaktstück 2 mit Abstand koaxial umgebenden, an der Trennwand 10 befestigten, oben offenen, zylindrischen Strömungsumlenkkörper 11 auf. Der Speicherraum 7 steht einerseits mit dem Lichtbogendruckraum 6 direkt und anderseits mit dem Löschraum 8 über mehrere radial hinter dem Strömungsumlenkkörper 11 in der Trennwand 10 angebrachte Oeffnungen 12 in offener Verbindung. Der Löschraum 8 ist vom Expansionsraum 9 durch eine im Gehäuse 1 befestigte elektrisch isolierende Zwischenwand 13 getrennt und durch eine mit Oeffnungen 14 versehene Isolierscheibe 15 unterteilt.

[0014] Ein bewegliches, rohrförmiges Kontaktstück 16 erstreckt sich - in der in der rechten Hälfte der Figur dargestellten Einschaltstellung - durch die in der Zwischenwand 13 und in der Isolierscheibe 15 ausgebildeten Durchlässe, durch die in der Trennwand 10 angebrachte Durchtrittsöffnung 17 und greift mit seinem freien Ende 18 in den Kranz der Kontaktfinger 4. Das bewegliche rohrförmige Kontaktstück 16 ist innen durch einen Zwischenboden 19 verschlossen. Zwischen dem Zwischenboden 19 und dem freien Ende 18 des beweglichen Schaltstückes 16 sind in der Rohrwandung Oeffnungen 20 angebracht, die im Zuge des Ausschalthubes die Gasverbindung zwischen dem Löschraum 8 und dem Expansionsraum 9 ermöglichen. Das untere Ende des beweglichen Schaltstückes 16 ist durch einen Satz Gleitkontakte 21 geführt, die ihrerseits an einem Ring 22 befestigt sind, welcher das innere Ende eines Anschlussleiters 23 bildet. Dieser ist bei 24 dicht im Gehäuse 1 befestigt und seitlich aus diesem herausgeführt. Das untere Ende des beweglichen Kontaktstückes 16 ist über eine isolierende Schaltstange 25 an einen nur schematisch dargestellten Antrieb 26 gekoppelt, mit dem das bewegliche Kontaktstück 16 axial verschiebbar ist.

[0015] Im festen Kontaktstück 2 ist ein axial verschiebbarer Nachlauf-Isolierkolben 27 geführt. Er kann aus Polytetrafluoräthylen, aus einem Polymer des Trifluorchloräthylens oder aus einem anderen geeigneten elektrischen Isoliermaterial hergestellt sein. Dieser Nachlauf-Isolierkolben 27 wird im Zuge des Einschalthubes gegen die Wirkung einer Feder 28 in seine Ausgangsstellung durch das bewegliche Kontaktstück 16 verschoben und im Zuge des Ausschalthubes das bewegliche Kontaktstück 16 bis zum Verlassen der Trennwand 10 unter Wirkung der Feder 28 folgen. Bei Fortsetzung des Ausschalthubes bleibt der Nachlauf-Isolierkolben 27 stehen und verschliesst die zwischen dem Lichtbogendruckraum 6 und dem Löschraum 8 liegende Durchtrittsöffnung 17 in der Trennwand 10. Um die elektrische Verbindung zwischen den dem Lichtbogendruckraum 6 und dem Löschraum 8 zugekehrten Randbereichen der Durchtrittsöffnung 17 in der Trennwand 10 zu sichern, ist in die Trennwand 10 ein elektrisch leitender Ring 29 eingesetzt. Dieser Ring 29 begrenzt die Durchtrittsöffnung 17 in der Trennwand 10 und besteht aus Graphit.

[0016] Im festen Kontaktstück 2 ist ein zusätzlicher Expansionsraum 30 untergebracht, der im Zuge des Ausschalthubes mit dem Löschraum 8 über den hohl ausgebildeten Nachlauf-Isolierkolben 27 in Gasverbindung tritt.

[0017] Setzt nun die Ausschaltbewegung ein, so folgt der Nachlauf-Isolierkolben 27 unter der Wirkung der Feder 28 der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 16. Ein Hilfslichtbogen 31 zündet im Lichtbogendruckraum 6 erst, wenn das obere Ende 18 des beweglichen Kontaktstückes 16 die Kontaktfinger 4 und die Abbrandelektrode 5 verlassen hat. Dieser Lichtbogen ist der "Druckaufbaubogen", der einen Druckanstieg im Lichtbogendruckraum bewirkt. Beim weiteren Fortschreiten der Ausschaltbewegung verlässt das obere Ende 18 des beweglichen Kontaktstückes 16 die Durchtrittsöffnung 17 in der Trennwand 10. Der Nachlauf-Isolierkolben 27 taucht mit seiner Spitze in diese Durchtrittsöffnung 17, bleibt stehen und verschliesst sie. Der Hilfslichtbogen 31 brennt unterdessen weiter im Lichtbogendruckraum 6 zwischen der Abbrandelektrode 5 und dem Ring 29. Die durch diesen Hilfslichtbogen 31 verursachte Druckerhöhung treibt das Löschgas in Richtung der Pfeile 32. Aus dem Speicherraum 7 wird frisches, kaltes Gas über die Oeffnungen 12 in den Löschraum 8 getrieben, wodurch dort der Druck in Bezug auf den Expansionsraum auch erhöht wird. Sobald dann das obere Ende 18 des beweglichen Schaltstückes 16 die nun stillstehende Spitze des Nachlauf-Isolierkolbens 27 verlässt, kann frisches Gas aus dem Löschraum 8 zuerst in den zusätzlichen Expansionsraum 30 und sobald die Oeffnungen 20 die Zwischenwand 13 bei Fortsetzung der Ausschaltbewegung verlassen haben und frei sind, auch in den Expansionsraum 9 strömen und den zwischen dem Ring 29 und dem oberen Ende 18 des beweglichen Kontaktstückes 16 brennenden Hauptlichtbogen 33 beblasen und löschen.

Ansprüche

1. Druckgasschalter, mit einem festen Kontaktstück (2), mit einem mit dem festen Kontaktstück (2) axial in Eingriff bringbaren stangenförmigen beweglichen Kontaktstück (16) und mit einem Gehäuse (1) dessen Innenraum in einen zwischen einer dem festen Kontaktstück (2) vorgelagerten Abbrandelektrode (5) und einer davon in Ausschaltrichtung beabstandeten in das Gehäuse (1) eingesetzten für das bewegliche Kontaktstück (16) eine Durchtrittsöffnung (17) aufweisenden Trennwand (10) sich erstreckenden Lichtbogendruckraum (6), in einen zwischen der Trennwand (10) und einer davon widerum in Ausschaltrichtung beabstandeten und in das Gehäuse (1) eingesetzten Zwischenwand (13) liegenden Löschraum (8) und in einen an der dem Löschraum (8) abgekehrten Seite der Zwischenwand (13) vorhandenen mit dem Löschraum (8) im Zuge des Ausschalthubes über einen durch das bewegliche Kontaktstück (16) freigegebenen Kanal in Gasverbindung tretenden Expansionsraum (9) unterteilt ist, wobei der Lichtbogendruckraum (6) und der Löschraum (8) miteinander über einen einen grösseren Rauminhalt als der Lichtbogendruckraum (6) aufweisenden und mit mindestens einem Strömungsumlenkkörper (11) versehenen Speicherraum (7) kommunizieren, dadurch gekennzeichnet , dass dem festen Kontaktstück (2) ein von diesem umschlossener im Zuge des Einschalthubes gegen die Wirkung einer Feder (28) in seine Ausgangsstellung durch das bewegliche Schaltstück (16) axial verschiebbarer und im Zuge des Ausschalthubes das bewegliche Schaltstück (16) bis zum Verlassen der Trennwand (10) folgender und danach die zwischen dem Lichtbogendruckraum (6) und dem Löschraum (8) liegende Durchtrittsöffnung (17) in der Trennwand (10) verschliessender Nachlauf-Isolierkolben (27) zugeordnet ist und dass die dem Lichtbogendruckraum (6) und dem Löschraum (8) zugekehrten Randbereiche der Durchtrittsöffnung in der Trennwand (10) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Nachlauf-Isolierkolben (27) hohl ausgebildet ist.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Löschraum (8) im Zuge des Ausschalthubes nach der Trennung des beweglichen Schaltstückes (16) vom Nachlauf-Isolierkolben (27) über den hohl ausgebildeten Nachlauf-Isolierkolben (27) mit einem an der dem Löschraum (8) abgekehrten Seite des Nachlauf-Isolierkolbens (27) angeordneten zusätzlichen Expansionsraum (30) kommuniziert.

4. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Randbereich der Durchtrittsöffnung (17) in der Trennwand (10) aus einem in die Trennwand (10) eingesetzten elektrisch leitenden Ring (29) besteht.

5. Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass der Ring (29) aus Graphit besteht.

Zeichnung