Druckgasschalter

Abstract

 Der vorzugsweise zum Schalten von Mittelspannungen vorgeschne Druckgasschalter weist ein isoliergasgefülttes Geshäuse (1) auf. In diesem Gehäuse sind zwei längs einer Achse relativ zueinander bewegliche Kontaktstücke (6, 7) angeordnet, weiche im Einschaltzustand mit ihren freien Enden in ein Heizvolumen (10) geführt sind. Dieser Schalter soll in Richtung der die Bewegung der Kontaktstücke (6, 7) definierenden Achse eine geringe Baulinge aufweisen und sind gleichzeitig durch einen geringen Kontaktabbrand auszeichnen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Schalter quer zur Bewegungsachse der Kontaktstücke aus dem Gehäuse (1) geführte Stromanschlüsse (4, 5) aufweist, welche im inneren des Gehäuses (1) jeweils mindestens eine Schleife bilden. Diese Schleifen sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und sind derart ausgebildet, dass sie gegensinnig vom abzuschaltenden Strom durchflossen sind.

Beschreibung

[0001] Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Druckgasschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er im US-Patent 4,139,752, insbesondere Figuren 1 bis 5,beschrieben ist. Bei diesem Schalter wird das zum Löschen eines bei einem Schaltvorgang zwischen den Kontaktstücken gezogenen Lichtbogens durch Isoliergas bewirkt, welches durch den Lichtbogen aufgeheizt und in einem die Kontaktstücke umgebenden Heizvolumen gespeichert wird. Hierdurch können zusätzliche Vorrichtungen zur Erzeugung einer Löschgasströmung entfallen und kann der Antrieb des Schalters klein gehalten werden. Jedoch lässt sich dieser Schalter wegen seiner zentralen Einspeisung am feststehenden Kontaktstück nicht ohne weiteres in jede Schaltlage einbauen.

[0003] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Gasschalter der gattungsgemässen Art anzugeben, welcher einfach aufgebaut ist und in Richtung einer die Bewegung der Kontaktstücke definierenden Achse eine geringe Baulänge aufweist.

[0004] Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemässe Druckgasschalter zeichnet sich dadurch aus, dass er wegen seiner geringen Baulänge in Richtung der Kontaktstückachse derart in Schaltanlagen eingebaut werden kann, dass die Bahn des abzuschaltenden Stromes quer zur Schaltstückachse verläuft. Hierdurch ist es möglich die Schaltanlage besonders raumsparend auszubilden. Darüber hinaus lässt sich ein solcher Schalter einfach montieren, da dessen Kontaktsystem unabhängig von seinem Gehäuse hergestellt und-durch einfaches Aufstecken auf einen im Gehäuse befindlichen Festkontakt befestigt werden kann.

[0005] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0006] Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt nach der Linie I-I von Fig. 2 durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäss ausgebildeten Druckgasschalters,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Teilschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 1 durch das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäss ausgebildeten Druckgasschalters, und

Fig. 3 eine von links auf ein feststehendes Kontaktstück des Druckgasschalters nach Fig. 1 erfolgende Aufsicht, bei der Teile des Schalters entfernt sind.

[0007] In Fig. 1 bezeichnet 1 ein mit einem Isoliergas, wie etwa Schwefelhexafluorid von beispielsweise 4 bar Druck, gefülltes, zylinderförmiges Gehäuse. An einander diametral gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 1 sind Durchführungen 2 bzw. 3 vorgesehen, durch welche jeweils ein Stromanschluss 4 bzw. 5 für ein bewegliches vollzylindrisch ausgebildetes Kontaktstück 6 bzw. ein feststehend hochzylindrisch ausgebildetes Kontaktstück 7 ins Innere des Gehäuses 1 geführt sind. Der Stromanschluss 2 ist über einen nicht dargestellten und beispielsweise als Viellamellenkontakt ausgebildeten Gleitkontakt mit dem durch einen nicht dargestellten Antrieb in Richtung einer strichpunktiert dargestellten Achse beweglichen Kontaktstück 6 elektrisch leitend verbunden.

[0008] Das bewegliche Kontaktstück 6 ist ebenso wie das feststehende Kontaktstück 7 abbrandfest ausgebildet. Beide Kontaktstücke können zur Uebertragung von Nennstrom ausgebildet sein, jedoch ist es bei der Uebertragung grosser Nennströme vorteilhaft, das bewegliche Kontaktstück 6 mit einem in der Fig. 1 punktiert dargestellten Nennstromkontakt 8 zu versehen, welcher mit einem mit dem feststehenden Kontaktstück 7 verbundenen und am Stromanschluss 5 befestigten (ebenfalls punktiert dargestellten) Nennstromkontakt 9 zusammenarbeitet. Hierdurch wird ein zu den nun lediglich als Abbrandkontakte wirkenden Kontaktstücken 6 und 7 parallel verlaufender Nennstrompfad gebildet, welcher ausserhalb eines Heizvolumens 10 verläuft, das von einem koaxial zu den Kontaktstücken 6 und 7 angeordneten Körper 11 aus einem druck- und abbrandfesten Isolierstoff, wie etwa glasfaserverstärktem Kunststoff, umgeben ist. Das Kontaktstück 7 muss nicht notwendigerweise hohlzylindrisch ausgebildet sein. Es ist vielmehr auch möglich, dass es vollzylindrisch ausgebildet ist und das Heizvolumen 10 abschliesst. In entsprechender Weise kann das bewegliche Kontaktstück 6 hohlzylindrisch ausgebildet sein.

[0009] Der Isplierstoffkörper 11 weist eine untere Oeffnung auf, in welche das bewegliche Kontaktstück 6 geführt ist, sowie eine obere Oeffnung, in welcher der feststehende Kontakt 7 am Isolierstoffkörper 11 befestigt ist. Der feststehende Kontakt 7 enthält zwei als abbrandfeste Düsenhalbschalen ausgebildete Kontaktteile 12 und 13 (Fig. 2), welche in elektrisch leitender Verbindung mit dem Stromanschluss 5 stehen. Diese elektrisch leitende Verbindung kann dadurch bewirkt werden, dass der Stromanschluss 5 unmittelbar an das Kontaktstück 7 geführt ist oder nur mittelbar auf das Kontaktstück 7 wirkt.

[0010] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist bei der beschriebenen Ausführungsform der Stromanschluss 5 aus zwei parallel zueinander verlaufenden Flachschienen 14 und 15 gebildet, welche im Bereich des Kontaktstückes 7 gegeneinander gabelförmig aufgeweitete Enden aufweisen. Die Enden der beiden Flachschienen 14 und 15 ruhen auf Isolierstoffteilen 16 bzw. 17, welche aufeinander diametral gegenüberliegenden Aussenflächen beider Kontaktteile 12 bzw. 13 abgestützt sind (vgl. auch Fig. 3). Hierdurch ist es möglich, den zugeführten Strom in getrennte Windungen 18 bzw. 19 einer Spule 20 einzuspeisen, welche die Kontaktteile 12, 13 des Kontaktstückes 7 koaxial umgibt. Zu diesem Zweck sind die von den Flachschienen 14, 15 abgewandten Enden der Windungen 18, 19 in elektrisch leitender Weise mit einem koaxial zur Spule 20 angeordneten Federring 21 verbunden, welcher die Kontaktteile 12, 13 zusammenpresst. Der Federring 21 ist aus elektrisch leitendem Material und vermittelt daher den elektrischen Kontakt zwischen der Spule 20 und den Kontaktteilen 12 bzw. 13.

[0011] Die beiden Flachschienen 14, 15 stehen unter der Wirkung einer Feder 22. Hierdurch werden die Flachschienen 14, 15 einerseits in definierter Weise auf den Kontaktteilen 12, 13 abgestützt und wird andererseits eine definierte Kontaktkraft zwischen den Flachschienen 14, 15 und einem im Stromanschluss vorgesehenen Festkontakt 23 erzeugt. Das vorstehend beschriebene Kontaktsystem kann komplett vormontiert werden und braucht dann bei der Montage des Druckgasschalters lediglich noch auf den Festkontakt 23 aufgesteckt zu werden.

[0012] Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die Stromanschlüsse 4 und 5 im wesentlichen quer zur Kontaktstückachse aus dem Gehäuse 1 geführt und bilden im Inneren des Gehäuses jeweils mindestens eine Schleife. Diese Schleifen sind in einer die Durchführungen 2 und 3 sowie die Kontaktstückachse enthaltenden Ebene angeordnet und weisen jeweils einen in axialer Richtung erstreckten Abschnitt 24 bzw. 25 sowie jeweils einen radial zur Kontaktstückachse erstreckten Abschnitt 26 bzw. 27 auf. Der Abschnitt 24 erstreckt sich von der Durchführung 2 nach unten, hingegen der Abschnitt 25 von der Durchführung 3 nach oben. Der an den Abschnitt 24 anschliessenden Abschnitt 26 erstreckt sich ins Innere des Gehäuses 1 und endet in dem das bewegliche Kontaktstück 6 umschliessenden Gleitkontakt, während der an den Abschnitt 25 anschliessende ebenfalls ins Gehäuse 1 erstreckte Abschnitt 27 wie vorstehend beschrieben als Flachschienen 14, 15 ausgebildet ist und am Kontaktstück 7 endet.

[0013] Dieser Druckgasschalter weist die nachfolgend beschriebene Wirkungsweise auf:

Beim Ausschalten wird das bewegliche Kontaktstück 6 nach unten bewegt und nach Oeffnen der ggfs. vorgesehenen Nennstromkontakte 8 und 9 zwischen den sich nachfolgend trennenden Kontaktstücken 6 und 7 ein vom abzuschaltenden Strom hervorgerufener Lichtbogen 28 gezogen. Durch die in den Stromanschlüssen 4 und 5 vorgesehenen und wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Schleifen heben sich die auf den Lichtbogen 28 wirkenden elektromagnetischen Kräfte nahezu vollständig auf, so dass der Lichtbogen 28 trotz Quereinspeisung im wesentlichen zentrisch brennt, wodurch ein gleichmässiger Abbrand der Kontaktstücke 6 und 7 erreicht wird.

[0014] Darüber hinaus wird durch die Ausbildung des Stromanschlusses 5 mittels parallel geführter Flachschienen 14 und 15 erzielt, dass die Reibungskräfte zwischen dem feststehenden Kontaktatück 7 und dem im Einschaltzustand in das feststehende Kontaktstück 7 eingeführten beweglichen Kontaktstück gering gehalten werden können. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Abstand und die Länge der Flachschienen 14 und 15 derart zu bemessen, dass die durch die Parallelströme in den Flachschienen hervorgerufenen anziehenden Kräfte am Ort des feststehenden Kontaktstückes 7 durch die beim Stromübergang von den Flachschienen auf das feststehende Kontaktstück 7 hervorgerufenen abstossenden Kräfte nahezu kompensiert werden.

[0015] Der Abbrand an den Kontaktstücken 6 und 7 wird dadurch noch zusätzlich verringert, dass der abzuschaltende Strom durch die Spule 20 fliesst. Das durch die Spule 20 hervorgerufene magnetische Feld bewirkt nämlich eine Rotation des Lichtbogens 28 um die Kontaktstückachse. Da die Spule 20 zwei von je einer Flachschiene 14 bzw. 15 parallel eingespeiste Windungen 18 bzw. 19 aufweist, bleibt hierbei die anziehende Kraft der Flachschienen 14 und 15 auch im Bereich des feststehenden Kontaktstückes 7 erhalten. Der die durch die parallelen Windungen 18 und 19 der Spule 20 fliessenden Ströme aufnehmende Federring 21 bewirkt den Stromübergang auf die Kontaktteile 12 und 13. Die Federkräfte dieses Ringes sollten hierbei derart bemessen sein, dass im Einschaltzustand, wenn nämlich das bewegliche Kontaktstück 6 in das Kontaktstück 7 eingefahren ist, dessen Kraftwirkung über die Kontaktteile 12 und 13 bei grossen und kleinen Strömen einen ausreichenden Stromübergang vom feststehenden auf das bewegliche Kontaktstück gewährleistet. Da sich wie vorstehend beschrieben bei grossen Strömen die anziehenden und abstossenden elektromagnetischen Kräfte am Kontaktstück 7 bei geeigneter Bemessung der Flachschienen 14 und 15 nahezu kompensieren, ist es möglich, die Reibungskraft zwischen feststehendem und beweglichem Kontaktstück und damit den Kontaktabrieb gering zu halten.

[0016] Der zwischen den Kontaktstücken 6 und 7 gezogene Lichtbogen 28 heizt in der Hochstromphase das Isoliergas kräftig auf, wodurch der Gasdruck im Heizvolumen 10 kräftig erhöht wird. Bei Annäherung an einen Nulldurchgang des abzuschaltenden Stromes setzt sodann eine kräftige Strömung von im Heizvolumen 10 gespeicherten Isoliergas durch die von den Kontaktteilen 12 und 13 umschlossene Düsenöffnung in einen durch Isolierstoffkörper 11 und Gehäuse 1 begrenzten Expansionsraum ein, durch welche der Lichtbogen 28 beblasen wird. Hierbei ist eine weitere vorteilhafte Wirkung der Erfindung darin zu sehen, dass das in den Expansionsraum gelangende aufgeheizte Isoliergas zunächst an der vom Antrieb abgewandten Seite auf das Gehäuse 1 prallt und hierbei sowie während seines nachfolgenden Abströmens längs der Wand.des Gehäuses in den gegebenenfalls die Nennstromkontakte 8, 9 enthaltenden Teil des Gehäuses beträchtlich abgekühlt wird. Die ggfs. vorgesehenen Nennstromkontakte 8, 9 sind dann trotz kurzer Baulänge des Gehäuses in axialer Richtung in wirkungsvoller Weise vor unmittelbarer Kontamination durch die aus dem Heizvolumen 10 austretenden und auf hohe Temperaturen aufgeheizten Löschgase geschützt.

[0017] Eine zusätzliche magnetische Beblasung wird hierbei noch durch die Spule 20 erreicht, insbesondere dann, wenn sie im Bereich des engsten Teils der Oeffnung des Kontaktstückes 7 angeordnet ist. Eine weitere Beblasung kann ferner noch dadurch erzielt werden, dass die untere Deffnung im Isolierstroffkörper 11 als vom beweglichen Kontaktstück 6 freigebbare Düse ausgebildet ist oder wenn das bewegliche Kontaktstück 6 selbst als Düse ausgebildet ist.

Ansprüche

1. Druckgasschalter mit einem isoliergasgefüllten Gehäuse (1), zwei im Gehäuse (1) längs einer Achse relativ zueinander beweglichen zylinderförmigen Kontaktstücken (6, 7), zwei mit den Kontaktstücken (6, 7) elektrisch leitend verbundenen und aus dem Gehäuse (1) geführten Stromanschlüssen (4, 5), einem von einem Isolierstoffkörper (11) umgebenen Heizvolumen (10), in welches die von den Stromanschlüssen (4; 5) abgewandten freien Enden der Kontaktstücke (6, 7) zumindest im Einschaltzustand geführt sind, und mindestens einer das Heizvolumen (10) mit einem Expansionsraum verbindenden düsenförmigen Oeffnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromanschlüsse (4, 5) im wesentlichen quer zur Kontaktstückachse aus dem Gehäuse (1) geführt sind und im Inneren des Gehäuses (1) jeweils mindestens eine Schleife bilden, welche Schleifen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und derart ausgebildet sind, dass sie gegensinnig vom abzuschaltenden Strom durchflossen sind.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleife jeweils einen in axialer Richtung erstreckten ersten Abschnitt (24, 25) und einen jeweils radial zur Kontaktstückachse erstreckten zweiten Abschnitt (26, 27) aufweisen, und dass die ersten Abschnitte (24, 25) von den Durchführungen (2, 3) in entgegengesetzten Richtungen verlaufen und an den von den Durchführungen (2, 3) abgewandten Enden jeweils an die zweiten Abschnitte (26, 27) anschliessen.

3. Durckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einem feststehenden (7) der beiden Kontaktstücke (6, 7) elektrisch leitend verbundenen Stromanschluss (5) zumindest in seinem zweiten Abschnitt (27) jeweils von mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Flachschienen (14, 15) gebildet ist, welche aufeinander gegenüberliegenden Aussenflächen des feststehenden Kontaktstückes (7) abgestützt sind.

4. Durckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Kontaktstück (7) in einer Oeffnung des das Heizvolumen (10) begrenzenden Isolierstoffkörpers (11) befestigt ist, und dass die Flachschienen (14, 15) gegenüber diesem Kontaktstück (7) elektrisch isoliert sind und jeweils einen Anschluss an jeweils eine von mindestens zwei Windungen (18, 19) einer das feststehende Kontaktstück (7) umgebenden und mit diesem elektrisch leitend verbundenen Spule (20) aufweisen.

5. Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Kontaktstück (7) zwei als Düsenhalbschalen ausgebildete und in der Oeffnung des Isolierstoffkörpers (11) gelagerte Kontaktteile (12, 13) aufweist, welche in elektrisch leitender Weise auf einem Federring (21) abgestützt sind, der mit den Windungen (18, 19) der Spule (20) elektrisch leitend verbunden ist.

6. Druckgasschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (6, 7) jeweils mit Nennstromkontakten (8, 9) in elektrisch leitender Verbindung stehen, welche an den von der Düsenöffnung der Düsenhalbschalen abgewandten Seite des Gehäuses (1) angebracht sind.

7. Druckgasschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 6₈ dadurch gekennzeichnet, dass die Flachschienen (14, 15) unter der Wirkung einer Feder (22) stehen.

8. Druckgasschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachschienen (14, 15) auf einen Festkontakt (23) steckbar sind.

Zeichnung