DE3319010A1

DE3319010A1 - Gasisolierter schalter

Info

Publication number: DE3319010A1
Application number: DE19833319010
Authority: DE
Inventors: Kazue Tokyo Kawashima
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-05-24
Filing date: 1983-05-21
Publication date: 1983-11-24
Also published as: JPS58204429A; CH654443A5; JPH038050B2; US4525612A; DE3319010C2

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter mit einem ersten und einem zweiten Kontaktstück, die sich ■₀ in einem mit einem lichtbogenlöschenden Isolationsgas, beispielsweise ^SF£' gefüllten Behälter öffnen und schließen.

In den letzten Jahren führte die Notwendigkeit, Schalt-, Vorrichtungen in elektrischen Schaltungen zu vereinfachen und ökonomisch einzusetzen, dazu, daß Trennschalter auch unter Last geschaltet werden müssen.

Bei bekannten Schaltkreisen gemäß Figur 1 sind eine Versorgungsseite P und Lastseite L durch zwei Stromschienen A und B miteinander verschaltet und eine Seite kann dadurch abgeschaltet werden, daß über die Schalter C und C, eine Schleife gebildet wird, a ο

In diesem Fall werden parallele Unterbrecherkontakte für die Schalter C und C, verwandt, wenn aber die

a ο

Schalter keine ausreichende Stromunterbrechungstauglichkeit haben, wird diese durch die Verwendung von Gaspufferschaltern verbessert.

Für die Betätigung von Gaspufferschaltern braucht man eine beträchtliche Kraft; außerdem ist ihr Aufbau kompliziert, so daß sie unwirtschaftlich sind, wenn nur eine geringe Stromunterbrechungstauglichkeit erforderlieh ist.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen verbesserten gasisolierten Schalter zu schaffen, bei dem der beim Öffnen der Kontakte entstehende Lichbogen von einem Magnetfeld gelöscht wird.

Ziel der Erfindung ist auch, einen einfach aufgebauten Schalter zu schaffen, der eine hohe Stromunterbrechungstauglichkeit besitzt, die sich auch nach Durchtritt großer Überströme nicht vermindert.

Diese Aufgabe wird bei einem Schalter der eingangs genannten Art mit Hilfe der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

-15 Mit der Erfindung wird demnach ein elektrischer Schalter mit einem ein elektrisch isolierendes Gas enthaltenden Gehäuse, in dem ein erstes Kontaktstück gegenüber einem zweiten Kontaktstück angeordnet ist, sowie mit einer Vorrichtung geschaffen, die eine relative Bewegung zwischen den beiden Kontaktstücken bewirkt, so daß der erste Kontakt bzw. der zweite Kontakt der Kontaktstücke untereinander Kontakt herstellen oder sich voneinander wegbewegen. Der Schalter ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kontaktstück und das zweite Kontaktstück einen lichtbogenfesten Ring und eine Lichtbogenelektrode aufweisen; daß die Lichbogenelektrode eine Spule zum Bewegen des Lichtbogens aufweist, die zwischen zwei leitenden, ringförmigen Teilen, dem lichtbogenfesten Ring und dem Abschlußring angeordnet und elektrisch verbunden ist, welche sich an gegenüberliegenden Enden der Spule befinden; daß sich der lichtbogenfeste Ring und die Lichtbogenelektrode von dem ersten Kontakt bzw. dem zweiten Kontakt nach vorne erstrecken, so daß sich, wenn der erste Kontakt und der zweite Kontakt bewegt werden, der lichtbogenfeste Ring

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und die Lichtbogenelek.tr ode berühren, bevor sich der erste Kontakt und der zweite Kontakt berühren bzw. sich nach diesen trennen, und daß, wenn der lichtbogenfeste Ring und die Lichtbogenelektrode sich trennen, ein Lichtbogen zwischen ihnen einen Strom in der Spule erzeugt, um einen auf den Lichtbogen wirkenden magnetischen Fluß hervorzurufen, der den Lichtbogen auslöscht.

-|0 Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der lichtbogenfeste Ring und der Abschlußring durch einen Spalt voneinander entfernt, und der Abschlußring, der von der zweiten Lichtbogenelektrode am weitesten entfernt ist, weist einen kleineren Innendurchmesser als

-15 der lichtbogenfeste Ring auf, so daß er den lichtbögenfesten Ring nicht berührt und die Spule elektrisch isoliert ist, wenn die zweite Lichtbogenelektrode mit dem Abschlußring in Eingriff kommt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen bekannten Schalter;

Figur 2 einen Längsquerschnitt eines gasisolierten

Schalters;

Figur 3 einen Querschnitt durch die Kontakte des Schalters nach Figur 2; und

Figur 5 einen Querschnitt durch die Kontakte eines

weiteren Ausführungsbeispiels.

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In Figur 2 ist ein gasisolierter Schalter 10 mit einem geerdeten und mit Isoliergas gefülltes Gehäuse 11 dargestellt. Der Schalter 10 weist ein bewegliches erstes Kontaktstück 14 auf, das von einer Vorrichtung 13 bewegbar ist, die das bewegliche erste Kontaktstück 14 über eine Betätigungsstange 15 betätigt.

Der Trennbereich 12 weist ein feststehendes zweites Kontaktstück 16 sowie das bewegliche erste Kontaktstück 14

-|0 auf, das mit dem zweiten Kontaktstück 16 verbunden ober von diesem getrennt werden kann. Das zweite Kontaktstück 16 wird von einem isolierenden ersten Abstandshalter 17 getragen. An dem axialen Ende des zweiten Kontaktstücks 16 sind gegenüber dem ersten Kontaktstück 14

•15 mehrere elastische Finger 18 angeordnet. Ein leitendes Rohr 19 wird von einem isolierenden zweiten Abstandshalter 20 gehalten und ist mit einem Anschluß 21 verbunden. Am Vorderende des leitenden Rohres 19 sind mehrere elastische Finger 22 angeordnet. Der bewegliche erste Kontakt 24 ist röhrenförmig und in dem leitenden Rohr 19 untergebracht und kann hin- und herbewegt werden.

Das bewegliche erste Kontaktstück 14 weist folgende Teile auf: Einen zylindrischen, hauptstromführenden ersten Kontakt 24 mit einer seinen Innenraum aufteilenden Trennwand; einen am Vorderende des ersten Kontakts 24 konzentrisch mit dessen Zylinder angebrachten lichtbogenfesten Ring 25; eine im Inneren des Hauptstrom führenden ersten Kontakts 24 angeordnete Spule 26 zur Bewegung des Lichtbogens 36, deren eines Ende mit dem lichtbogenfesten Ring 25 verbunden ist; einen becherförmigen Abschlußring 27 tief im Inneren des hauptstromführenden ersten Kontakts 24. Das erste Kontaktstück 14 hat gegenüber dem Vorderende des Hauptstrom führenden ersten Kontakts 24 ein offenes Ende, das mit dem ande-

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ren Ende der Spule 26 verbunden ist; er ist außerdem mit einem einen Spulenkörper für die Spule 26 bildenden zylindrischen Isolator 28 versehen, dessen Hinterende vorne am Abschlußring 27 und dessen Vorderende am lichtbogenfesten Ring 25 befestigt iet.

Das feststehende zweite Kontaktstück 16 hat einen im wesentlichen becherförmigen Kontaktsockel 2 9 mit einem äußeren Rand 30 und einem zylinderförmigen, an dem dem Rand 30 gegenüberliegenden Ende offenen Kopf; ein zylindrischer hauptstromführender zweiter Kontakt 31, der eine Berührung mit der umlaufenden Außenfläche des hauptstromführenden ersten Kontakts 24 herstellt oder trennt, ist am Kopf des Kontaktsockels 29 angebracht und ragt parallel zur Achse des Kontaktsockels 29 aus dessen offenem Ende. Eine Feder 32 übt auf den hauptstromführenden zweiten Kontakt 31 eine Vorspannkraft in Richtung auf die Mittelachse des Kontaktsockels 29 aus. Eine im wesentlichen zylindrische Lichtbogenelektrode 33 ist im Inneren des Kontaktsockels 29 angeordnet und erstreckt sich in axialer Richtung konzentrisch mit dem Kontaktsockel 29 und den zweiten Kontakt 31. Beispielsweise ist zumindest eine an der Spitze der Lichtbogenelektrode 33 beginnende Rinne axial in die Lichtbogenelektrode 33 eingebracht, wodurch in Richtung der Mittelachse eine elastische Verformung ermöglicht wird. Die Lichtbogenelektrode 33 kann auch aus mehreren, eine zylindrische Form bildenden Stangen bestehen, die die gleiche Funktion haben. An der Spitze der Lichtbogenelektrode 33 ist ein lichtbogenfestes Teil 34 befestigt. Ähnlich wie die Lichtbogenelektrode 33 kann der den Hauptstrom führende zweite Kontakt 31 aus einem mit Rinnen versehenen Zylinder oder aus mehreren in Zylinderform angeordneten Stangen bestehen, um eine elastische Deformierung zu ermöglichen. Ein rohrförmi-

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ger Schirm 35 umgibt das Äußere des hauptstromführenden zweiten Kontakts 31; er weist ein hinteres Endstück auf, das von dem Rand 30 des Kontaktsockels 29 gehalten wird.

In der- oben beschriebenen Vorrichtung fluchtet das bewegliche erste Kontaktstück 14 mit dem gegenüberliegenden feststehenden zweiten Kontaktstück 16 und wird durch eine axiale Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung mit

Ί0 diesem in Verbindung gebracht oder von diesem getrennt. Das lichtbogenfeste Teil 34 an der Spitze der Lichtbogenelektrode 33 erstreckt sich in axialer Richtung weiter nach außen auf das erste Kontaktstück 14 zu als der hauptstromführende zweite Kontakt 31. Da der lichtbogen-

-| 5 feste Ring 25 auf dem beweglichen ersten Kontaktstück 14 sich ebenfalls weiter nach außen in Richtung auf das zweite Kontaktstück 16 zu erstreckt, als der hauptstromführende erste Kontakt 24, berührt beim Schließen des Kontakts zuerst die Lichtbogenelektrode 33 den lichtbogenfesten Ring 25 und erst danach der hauptstromführende zweite Kontakt 31 den ersten Kontakts 24. Beim Öffnen des Schalters findet der umgekehrte Vorgang statt.

Beim Öffnen des Schalters werden die Lichtbogenelektrode 33 und der lichtbogenfeste Ring 25 als letztes getrennt, so daß zwischen ihnen ein in Figur 3 dargestellter Lichtbogen 36 erzeugt wird.

In diesem Moment verläuft der von dem durch das bewegliehe erste Kontaktstück 14 fließenden Strom gewählte Strompfad von dem lichtbogenfesten Ring 25 über die Spule 26 zu dem Abschlußring 27, wodurch von der Spule 26 ein magnetischer Kraftfluß φ erzeugt wird.

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Da der Lichtbogen 36 zwischen den Endflächen des lichtbogenfesten Rings 25 und der Lichtbogenelektrode 33, die einen kleineren Durchmesser als der lichtbogenfeste Ring 25 hat, erzeugt wird, steht er praktisch senkrecht auf dem von der Spule 26 erzeugten magnetischen Kraftfluß /6. Dadurch steht die Hauptkomponente des auf den Lichtbogen 36 wirkenden magnetischen Kraftflusses φ senkrecht zu dem Lichtbogen 36. Daher rotiert der Lichtbogen 36 zwischen der Lichtbogenelektrode 33 und dem -10 lichtbogenfesten Ring 25 in Umfangsrichtung des lichtbogenfesten Rings 25. Der Lichtbogen 36 wird dadurch gekühlt, was zu einem starken Löscheffekt führt.

Wenn ein Fehler in einem Teil der Übertragungssysteme auftritt, kann manchmal dennoch' ein starker Strom, mit der Stärke des Nennauslösestroms des Unterbrechers in den Schalter fließen. Auch nach einem Stromstoß dieser Art muß der Schalter seine normale Wirksamkeit beibehalten .

Figur 4 zeigt den in Figur 3 dargestellten Schalter im geschlossenen Zustand.

Aus den Figuren wird deutlich, daß die hauptstromfuhrenden Kontakte 24 und 31 im geschlossenen Zustand zusammentreffen und die Hauptverbindung für den Strom darstellen; das lichtbogenfeste Teil 34 auf der Lichtbogenelektrode 33 und der lichtbogenfeste Ring 25 stellen ebenfalls einen Kontakt her, so daß ein elektrischer Stromweg über die in seitlichem Kontakt mit dem Kontaktsockel 29 stehende Lichtbogenelektrode 33 , das lichtbogenfeste Teil 34, den lichtbogenfesten Ring 25, die Spule 26, den Abschlußring 27 und den hauptstromführenden ersten Kontakt 24 gebildet wird.

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Wenn also Starkstrom über den in Figur 4 dargestellten Schalter fließt, wird der Strom zwei Wege nehmen: Von dem zylindrischen, Hauptstrom führenden ersten Kontakt

24 über Hauptstrom führenden zweiten Kontakt 31 zum Kontaktsockel 29 und von dem zylindrischen, Hauptstrom führenden ersten Kontakt 24 über den Abschlußring 27 der Spule 26, die Spule 26, den lichtbogenfesten Ring

25 zur Lichtbogenelektrode 33 und von da zum Kontaktsockel 29. Wenn die Stromstärke den für die Leitung angenommenen Nennwert erreicht, verursacht der durch die Spule 26 fließende Teil des Stromes keine Schwierigkeiten. Wenn jedoch die Stromstärke den Wert für den Nennstrom des Unterbrechers erreicht, besteht die große Gefahr, daß sich die Spule 26 durch diesen Strom überhitzt oder daß Schaden durch die von der Spule 26 verursachten elektromagnetischen Kräfte auftreten.

Bei einem in den Figuren 5 und 6 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist der gasisolierte Schalter so

2Q aufgebaut, daß die Gefahr der Überhitzung oder Beschädigung der Spule 26 ausgeschlossen ist; dies stellte bei dem ersten Ausführungsbeispiel bei geschlossenen Kontakten und starken, durch die Seite der Lichtbogenelektrode 33 und die Spule 26 fließenden Strömen ein mögliches Problem dar. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel stellt bei geschlossenen Kontakten das lichtbogenfeste Teil 34 auf der Lichtbogenelektrode 33 einen Kontakt mit dem Abschlußring 27 als auch mit der Spule 26 her, die kurzgeschlossen und aus dem Strompfad genommen ist.

Bei der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung ist wichtig, daß die Lichtbogenelektrode 33 in axialer Richtung verlängert ist, so daß sie bei geschlossenen Kontakten mit dem Inneren des Abschlußrings 27 einen Kontakt herstellt und nicht, wie bei dem ersten Ausführungsbei-

spiel mit dem lichtbogenfesten Ring 25. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft der Stromweg auf der Seite der Lichtbogenelektrode 33 direkt von der Lichtbogenelektrode 33 zu dem Abschlußring 27, wodurch die Spule gänzlich vom Stromweg getrennt ist. Auch wenn starke Ströme in den geschlossenen Schalter fließen, besteht folglich keine Gefahr für die Spule 26, erhitzt oder durch elektromagnetische Kräfte beschädigt zu werden; die Abschaltfähigkeit des Schalters ist daher nach dem Durchtritt starker Ströme ebenso groß wie vorher.

Wenn bei der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung die Kontakte geöffnet werden, werden der lichtbogenfeste Ring 25 und das lichtbogenfeste Teil 34 als letztes getrennt; zu diesem Zeitpunkt gelangt die Spule 26 in den Strompfad, so daß die oben erwähnte Rotation des Lichtbogens 36 bewirkt werden kann. Das gleiche Ergebnis kann erreicht werden, wenn der Aufbau so gewählt wird, daß die Lichtbogenelektrode 33 den lichtbogenfesten Ring 25 und den Abschlußring 27 berührt und damit die Spule 26 überbrückt.

Wenn darüber hinaus, wie in Figur 6 gezeigt ist, der Innendurchmesser des Abschlußrings 27 der Spule 26 kleiner ist als der des lichtbogenfesten Rings 25, so daß bei geschlossenem Schalter das lichtbogenfeste Teil 34 am Ende der Lichtbogenelektrode 33 ausschließlich mit dem Abschlußring 27 in Kontakt tritt, ist die Verbindung mit dem Abschlußring 27 besser, als wenn der Innendurchmesser der beiden Teile gleich ist.

Wie in den Figuren 3 bis 6 dargestellt, ist zwischen dem lichtbogenfesten Ring 25 und dem Abschlußring 27 ein Spalt GP an der Stelle angeordnet, an der sich die beiden Teile gegenüberliegen.

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Dieser Aufbau hat dieselbe Wirkung wie ein paralell zur Spule 26 verlaufender Spalt.

Wenn der Trennschalter geöffnet wird, trennt sich zuerst der den Hauptstrom führenden erste Kontakt 24 von dem stromführenden Kontakt 31 und erst danach das lichtbogenfeste Teil 34 am Ende der Lichtbogenelektrode 33 von dem lichtbogenfesten Ring 25, wodurch zwischen beiden Teilen ein Lichtbogen 36 erzeugt wird. Der Lichtbo- ^Q gen 36 rotiert in Richtung des Umfangs des lichtbogenfesten Rings 25 und wird dadurch gekühlt.

Die Lichtbogenelektrode 33 ist aus einem mit Rinnen versehenen Zylinder hergestellt, die den durch das von Wirbelströmen verursachte, umgekehrte Magnetfeld hervorgerufenen Magnetfluß unterdrückt, wodurch der Lichtbogen zur Kühlung sanft geteilt und der Strom unterbrochen wird, wenn die Stromstärke den Wert Null erreicht.

Wenn der Lichtbogen wieder zündet, nachdem der Stromfluß aufgehört hat, wird in der Spule 26 Hochspannung erzeugt; jedoch wird der Überschlag über den Spalt GP zwischen dem lichtbogenfesten Ring 25 und dem mit einem beweglichen ersten Kontaktstück 14 verbundenen Abschlußring 27 an der Stelle entladen, an der sie einander gegenüberliegen. Der Lichtbogen wird von der Isolierung 28 abgeschirmt. Der Schutz vor solchen Überspannungen hängt von der Länge des Spalts GP ab.

Wie oben im einzelnen beschrieben, wird mit der Erfindung ein gasisolierter Schalter mit hervorragenden Eigenschaften geschaffen, der unter anderem aus folgenden Teilen aufgebaut ist: Einem ersten Kontaktstück 14, das einen lichtbogenfesten Ring 25 und eine mit einem Ende

nahe an dem lichtbogenfesten Ring 25 liegende Spule 26 angeordnet ist sowie einen mit dem gegenüberliegenden Ende der Spule 26 verbundenen Abschlußring 27 aufweist, welches außerdem mit einem hauptstromführenden ersten Kontakt 24 versehen ist, der außen auf dem lichtbogenfesten Ring 25, der Spule 26 und dem Abschlußring 27 liegt; einem zweiten Kontaktstück 16 mit einem hauptstromführenden zweiten Kontakt 31, der eine Verbindung zu dem hauptstromführenden ersten Kontakt 24 herstellt oder trennt, und mit einer Lichtbogenelektrode 33, die eine Verbindung zu dem lichtbogenfesten Ring 25 herstellt oder trennt. In dem erfindungsgemäßen Schalter wird ein Strompfad geöffnet oder geschlossen, indem die beiden Kontaktstücke 14, 16 miteinander in Berührung gebracht oder voneinander getrennt werden. Beim öffnen der Kontaktstücke 14, 16 wird zwischen der Lichtbogenelektrode 33 und dem lichtbogenfesten Ring 25 ein Lichtbogen 36 erzeugt. Der Strom wird durch die Rotation des Lichtbogens 36 unterbrochen, die von dem magnetischen Kraftfluß erzeugt wird, welcher durch den durch die Spule 26 fließenden Strom hervorgerufen wird. Wenn der Kontakt zwischen den beiden Kontaktstücken 14, 16 geschlossen ist, stellt die Lichtbogenelektrode 33 des zweiten Kontaktsstücks 16 mit dem gegenüberliegenden Ende der Spule 26 im ersten Kontaktstück 14 einen Kontakt her, so daß, selbst wenn ein starker Strom in den geschlossenen Kontakt fließt, die Spule 26 stromlos bleibt und weder erhitzt noch beschädigt werden kann; dadurch besteht keine Gefahr, daß nach dem Durchtritt eines starken Stromes die Stromunterbrechungseigenschaften durch Beschädigung der Spule verschlechtert werden. Darüber hinaus ist der Schalter einfach aufgebaut und weist Unterbrechungseigenschaften auf, die mit den Eigenschaften bekannter Schalter übereinstimmen.

Claims

Ansprüche

Gasisolierter Schalter mit einem ein elektrisch isolierendes Gas enthaltendes Gehäuse; mit zwei in dem Gehäuse einander gegenüberliegend angeordneten Kontaktstücken, die einen ersten bzw. einen zweiten Kontakt aufweisen, sowie mit einer Vorrichtung zur Erzeugung einer relativen Bewegung des ersten Kontaktstücks gegenüber dem zweiten Kontaktstück, so daß ein Kontakt zwischen dem ersten Kontakt und dem zweiten Kontakt hergestellt bzw. getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das erste

Kontaktstück (14) bzw. das zweite Kontaktstück (16) einen lichtbogenfesten Ring (25) bzw. eine Lichtbogenelektrode (33) aufweisen, daß die Lichtbogenelektrode (33) eine Spule (26) zur Bewegung eines Lichtbogens (36) aufweist, die zwischen dem lichtbogenfesten Ring (25) und dem Abschlußring (27), an gegenüberliegenden Enden der Spule (26) liegend, angeordnet und elektrisch mit diesen verbunden ist, daß der lichtbogenfeste Ring (25) und die Lichtbogenelektrode (33) nach vorn über den ersten Kontakt (24) bzw. die Lichtbogenelektrode (33) hinausragen, so daß der lichtbogenfeste Ring (25) und die Lichtbogenelektrode (33) sich berühren bzw. sich trennen, wenn der erste Kontakt (24) bzw. der zweite Kontakt (31) bewegt werden, und daß ein Lichtbogen (36) zwischen dem lichtbogenfesten Ring (25) und der Lichtbogenelektrode (33) bei deren Trennung erzeugt wird, der einen Strom in der Spule (26) erzeugt, der seinerseits einen auf den Lichtbogen (36) wirkenden magnetischen Kraftfluß hervorruft, der den Lichtbogen (36) auslöscht.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtbogenfeste Ring (25) und die Lichtbogenelektrode (33) von dem ersten Kontakt (24) bzw. dem zweiten Kontakt (31) umgeben sind.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtbogenfeste Ring (25) und der Abschlußring (27) durch einen Spalt (GP) voneinander getrennt sind.
4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Lichtbogenelektrode (33) am weite-

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sten entfernte Abschlußring (27) einen kleineren Innendurchmesser hat als der lichtbogenfeste Ring (25) und daß die Lichtbogenelektrode (33) mit dem Abschlußring (27) in Eingriff steht.