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Druckgasschalter für hohe Spannungen.
Bei den L3istungsschaltern ist es allgemein üblich, nach dem Löschen des Unterbrechung- lichtbogens die Kontakte in der gleichen Richtung, in der die Bewegung während des Löschvorganges erfolgte, weiter zu bewegen bis auf einen Abstand, der ausser der wiederkehrenden Spannung auch die Stoss-und Prüfspannung abriegelt. Das Bemessen des Abstandes, um die wiederkehrende Spannung abzuriegeln, wird hiebei durch den Sicherheitsgrad der Anlage festgelegt. Wird dieser auf eine bestimmte
Grössenordnung festgesetzt und der geradlinige Weg zur Kontakttrennung bis auf den entsprechenden
Abstand beibehalten, so ergeben sich bei Druckgasschaltern sehr grosse Abmessungen in Richtung der
Schaltbewegung, wodurch ausser dem erheblichen Raumbedarf erhöhte Herstellungskosten bedingt werden.
Es sind bereits Druckgasschalter bekannt, die man, um einen kleinen Schaltraum zu erhalten, mit einem besonderen Trennschalter kombiniert. Der Druckgasschalter übernimmt hiebei die Leistungs- unterbrechung, während der Trennschalter die Isolation für alle auftretenden Spannungen auszuhalten hat. Bei der bekannten Anordnung ist der Schaltweg des Leistungsschalters so klein, dass er nur bei vorhandenem Druck die Spannung verträgt. Das hat aber den Nachteil, dass man den L9ÌstungsschaIter auch vor dem Einschalten unter Druck setzen muss, da andernfalls nach Einlegen des Trennmessers ein Üb2rschlag an der Schaltstrecke erfolgen würde.
Zur Behebung der beim Ab-bzw. Einschalten entstehenden Nachteile geht die Erfindung von folgenden Überlegungen aus. Beim Entwerfen und Bauen der Schalter und Schaltanlagen hat man zu unterscheiden einerseits zwischen den Beanspruchungen, die der Schaltstrecke durch den Abschalt- vorgang selbst und die daran unmittelbar anschliessenden Vorgänge auferlegt werden, anderseits den Überbeanspruchungen durch sogenannte Überspannungen, vor allem durch Gewitterüberspannungen, denen die Höhe der Stationsisolierung letzten Endes angepasst werden muss. Die Erfindung geht nun- mehr von der Erkenntnis aus, dass diese beiden Beanspruchungen von verschiedener Grössenordnung sind. Beispielsweise wird man für die Beherrschung des Abschaltvorganges selbst an die Schaltstrecke folgende Forderungen zu stellen haben.
Bei normaler dreiphasiger Abschaltung entfällt auf den zuerst unterbrechenden Pol ein Anteil von 86-7% der verketteten Spannung. Hat der Schalter einen Doppelerdschluss zu unterbrechen, so erhöht sich dieser Betrag auf 100% der verketteten Spannung. Tritt unmittelbar nach dem Abschalten ein Aussertrittfallen der getrennten Zentralen auf, so dass die Spannungsvektoren in Opposition stehen, so entsteht an der Trennstelle eine Spannungsdifferenz vom Betrag der doppelten Phasenspannung, d. h. von 115% der verketteten Spannung. Die genannten Werte stellen stationäre Beanspruchung der Schaltstrecke dar und liegen grössenmässig sämtlich unter den Überbeanspruchungen durch Gewitter- überspannungen. Die letztgenannten erreichen den 4-8fachen Scheitelwert der verketteten Spannung.
Die bei Druckgassehaltern für hohe Spannung entstehende erhöhte Schwierigkeit, die Schaltstrecke so auszubilden, dass sie beiden Arten von Beanspruchungen standhält, wird durch die Erfindung in einer solchen Weise beseitigt, dass gleichzeitig die oben angegebenen Nachteile des Abschaltvorganges vermieden werden. Die Schaltstrecke selbst hat danach nur den Beanspruchungen des Schaltvorganges standzuhalten, während die viel seltener und dann nur kurzzeitig auftretenden Gewitterüberspannungen durch die Summe von Ausschaltstrecke und einer ergänzenden Trennstelle beherrscht werden, indem durch die geöffnete Trennstelle die freie Luftstrecke zwischen den zu unterbrechenden Leitungen ins-
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gesamt so weit vergrössert wird, dass die Überschlagsfestigkeit eine dem Sicherheitsgrad der übrigen
Anlage entsprechende Höhe erreicht.
Dadurch entstehen Erleichterungen bezüglich des Kontakthubes, der somit kurz gewählt werden kann, und des zeitlichen Ablaufes im Hinblick auf Beschleunigung und Verzögerung des beweglichen Schaltstückes ; weiterhin wird der, hohen mechanischen Bean- spruchungen ausgesetzte, den Schaltraum einschliessende Druckgasbehälter auf eine gedrungene Bauart gebracht, welche Massnahme wiederum eine Ersparnis an teuerem Isolierwerkstoff für den Druckgasbehälter bedeutet. Um die Schaltstrecke weiter zu verkleinern, ohne dass die Gefahr eines Überschlages zwischen den Elektroden bei druckfreiem Zustand besteht, sind als Elektroden wirkende Abschirmungen vorgesehen, die das elektrische Feld homogenisieren.
Dadurch lässt sich die Feldstärke unter Umständen auf mehr als 5 kV/cm bringen, während ohne die Abschirmungen die mittlere Feldstärke höchstens 3'6 kVIem betragen darf und die Schaltstrecke entsprechend grösser bemessen werden muss. Das
Abschirmen hat hiebei noch für den Einschaltvorgang den Vorteil, dass bei einer bestimmten Geschwin- digkeit des beweglichen Sehaltstüekes der unvermeidliche Lichtbogen erst in einer kürzeren Ent- fernung von dem festen Kontakt entsteht, so dass die Lichtbogendauer dadurch gegenüber den üblichen
Anordnungen wesentlich herabgesetzt wird.
Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung eines einpoligen Druckgasschalters im
Schnitt. Fig. 2 die Anordnung der Antriebsglieder für die Betätigung der Schaltstelle bzw. der Trenn- stellen. Fig. 3 eine Abart des Druckgasschalters mit Druckluftantrieb.
Das L3istungsschaltergehäuse ist zusammengesetzt aus einem den Schaltraum einschliessenden
Isolator 1, einem metallenen Zwischenstück 2 und einem ihn und den Druckgasbehälter tragenden
Isolator 3. Im. oberen Teil des einen Schalldämpfer 4 tragenden Druckgasbehälters 1 ist ein fest- stehender Kontakt 5 vorgesehen. Dem Kontakt 5 ist ein in senkrechter Richtung bewegliches Schalt- stück 6 zugeordnet, das vorzugsweise als Schaltstift ausgebildet ist. Der Kontakt 5 und das Schalt- stück 6 dienen zur Herstellung einer Schaltstrecke für die Stromunterbrechung unter Spannung.
Diese
Schaltstrecke ist erfindungsgemäss so gewählt, dass die Entfernung des Schaltstückes 6 von dem Kon- takt 5 im ausgeschalteten Zustande bzw. der Elektrodenabstand auch bei der abgestellten Druckgas- zufuhr gross genug ist, um nicht nur die Stromunterbrechung und somit die Lichtbogenlöschung zu verursachen, sondern auch ein Rückzünden des Lichtbogens zu unterbinden.
An der Schaltstelle sind für die Ausschaltstellung der Kontakte 5, 6 Abschirmungen 50, 41 vorgesehen, die Abrundungen aufweisen und insbesondere als Kugelkalotten, insbesondere Halbkugel, ausgebildet sind ; diese besitzen je eine Vertiefung 21 bzw. 51 zum Führen bzw. Aufnehmen des beweg- lichen Schaltstiftes. Die Abschirmungen 50, 41 haben die Aufgabe, das elektrische Feld an der Schalt- strecke zu homogenisieren, damit auch im druckfreien Zustande keine Gefahr eines Überschlages zwischen den Elektroden besteht. Hiebei kann die Feldstärke zwischen den Elektroden im überdruck- freien Zustande auf etwa 5 k V jem gebracht werden. Die Feldstärke kann auch darüber hinaus gesteigert werden, so dass z.
B. im ausgeschalteten, druckfreien Zustande auch Spannungen, die die wiederkehrende
Spannung wesentlich überschreiten, beherrscht werden können. Die Anordnung der unteren Ab- schirmung 41 und des Schaltstiftes ist dabei so getroffen, dass sie gemeinsam den unter Druck stehenden
Schaltraum auf einer Seite abschliessen. Zur Unterstützung der Schirmwirkung sind noch Abschirmung- ringe 52 und 53 am äusseren Teil des den Schaltraum einschliessenden Druckgasbehälters (Isolators 1) vorgesehen.
Das stromlose Schalten wird an einer Trennstelle 9, 10 bewirkt, die ausserhalb des Leistung- schalters liegt, wobei der eine Pol 9 der Trennstelle 9, 10 am Isolator 4 des Lsistungsschalters und der andere Pol-M an einem ausserhalb des Leistungssehalters befindlichen Isolator 11 gelagert ist.
Die Trennstelle 9, 10 stellt die erforderliche Sicherheit her. Der Abstand zwischen den Polen 9, 10 kann dabei auch so gross gewählt werden, dass dadurch den jeweiligen Vorschriften Rechnung getragen wird. Zum Öffnen der Trennstelle ist in dem dargestellten Beispiel ein Trennmesser 55 vorgesehen, das über eine Lsitung 30 an den auf dem beweglichen Schaltstift 6 aufliegenden Schleifkontakten 7 angeschlossen ist. Das Trennmesser 55 kann rechtwinklig zum Schaltstift schwenkbar angeordnet sein. Das Trennmesser 55 braucht dabei nicht, wie in der Zeichnung angegeben, in der Zeichenebene, sondern kann z. B. in einer senkrecht zu ihr gelegten Ebene beweglich angebracht sein.
Statt einer Trennstelle 9, 10 können hiebei mehrere Trennstellen vorgesehen werden, die beispiels- weise an den entgegengesetzten Seiten des Isolators 3 angeordnet werden. In der Zeichnung ist die
Zufuhr des Druckgases durch einen Pfeil 8 und das Zu-und Ableiten des Stromes durch die Pfeile 31 und 32 angegeben.
Der Antrieb des Schaltstückes 6 und des Trennmessers 55 erfolgt mittels Gestängen, die im wesentlichen aus Isolierstangen 60 bestehen, die gemeinsam in dem Isolator 3 untergebracht sind, der im Gegensatz zum Schaltraum nicht mit Druckgas beaufschlagt wird. Die Antriebsbewegung wird von einer Nockenwelle 61 über Rollen 62, ein in Form eines Schwenkhebels ausgebildetes Übertragung- glied 63 und Isolierstangen 60 nacheinander beim Ausschalten zunächst dem Schaltstück 6 zum Öffnen der Schaltstelle und dann dem Trennmesser 55 zum Öffnen der Trennstelle mitgeteilt, während beim
Einschalten die Bewegung zum Schliessen der Schaltstelle und der Trennstelle in umgekehrter Reihen-
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folge geschieht. Der Nockenantrieb ist hiebei so gewählt, dass jedes Übertragungsglied 63 zwei gegen- einander versetzte Glieder, z. B.
Rollen 62, enthält und jede Nockenscheibe 64 eine Ausnehmung 65 und eine gleich bemessene Erhebung 66 aufweist, die über die Rollen 62 auf das Übertragungsglied 63 einwirken. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass das Übertragungsglied 63 stets in beiden
Bewegungsrichtungen mit der zugehörigen Nockenscheibe 64 kraftschlüssig gekuppelt ist. Beim Rück- wärtslauf übernimmt somit die Ausnehmung 65 die Wirkung der Rückwärtsbewegung, statt, wie bei normalen Nockenscheiben üblich, diese der Wirkung einer Feder zu überlassen, so dass stets volle Antriebsleistung des Schaltmechanismus auf die treibenden Teile, also auf die Schaltkontakte in beiden Richtungen übertragen wird.
Gemäss der Schalterbauart nach Fig. 3 wird auch für die Schalterbetätigung Druckluft ver- wendet.
Unterschiedlich von Fig. 1 und 2 ist der Antrieb für das Kontaktstück 6 und für das Trennmesser 55 so abhängig voneinander gewählt, dass das Ein-und Ausschalten des Leistungskontaktes 6 und das Ausschalten des Trennmessers durch die Druckluft und das Einschalten der Trennstelle durch ein mechanisches Organ, insbesondere durch eine Feder 12, die vorzugsweise als Zugfeder ausgebildet ist, erfolgt. Das eine Ende der beispielsweise einstellbaren Feder 12 greift hiebei an einen Arm 14 eines mit. dem Trennmesser 55 verbundenen, um einen festen Drehpunkt 13 drehbaren Doppelhebels M, 15 an, das andere Ende der Feder 12 ist an dem Zwischenstück 2 direkt oder indirekt befestigt. Um einen Drehpunkt 19, an dem der Arm 15 des Doppelhebels 14, 15 angreift, ist ein doppelarmiger Hebel 16, 17 drehbar gelagert.
Der doppelarmige Hebel 16, 17 ist an seinem einen Ende in dem Anlenkpunkt 46 gelenkig mit einer Stange 20 und an seinem andern Ende mit einem um einen festen Drehpunkt 25 drehbaren Doppelhebel 23,24 verbunden.
Die Stange 20 trägt einen mit Druckgas beaufschlagten, im Zylinder 35 bewegbaren Kolben 33, wobei zwecks Ausschaltung des Trennmessers 55 der Kolben 33 aus seiner äussersten Lage nach unten bewegt wird, um im ausgeschalteten Zustande die in der Zeichnung dargestellte unterste Lage zu erreichen.
Der untere Hebel 24 des Doppelhebels 23, 24 ist mit einem beweglichen Vorsprung 36 ausgerüstet, der mit einem oder mehreren Zapfen 26 einer mit dem beweglichen Kontaktstück 6 verbundenen Isolier- stange 28 zusammenwirkt. Die Stange 28 wird in an sich bekannter Weise pneumatisch betätigt. Zu diesem Zwecke greift an die Stange 28 eine Antriebsstange 29, die einen in einem Druckgaszylinder 34 bewegbaren Kolben 22 trägt. Beim Ausschalten wird die Druckluft dem Zylinder 34 durch die Leitung 40 in Richtung des Pfeiles 38 und beim Einschalten durch die Leitung 44 in Richtung des Pfeiles 39 zugeführt.
Die Einschaltbewegung des Trennmessers 55 wird von der Aufwärtsbewegung des Kolbens 22 abgeleitet. Um hiebei zu bewirken, dass das Trennmesser 55 vor dem erfolgten Schliessen der Leistungunterbrechungsstelle exakt in die Einschaltlage gebracht wird, können Zapfen 26 auf der Stange 28 vorgesehen werden, so dass in der ersten Bewegungsphase des Kolbens 22 das Trennmesser unbeeinflusst bleibt.
Zu diesem Zwecke kann der Vorsprung 36 des Doppelhebels 23,24 so bemessen werden, dass er zugleich mindestens gegen zwei Vorsprünge 26 anliegt und erst nach dem Verlassen des letzten Vorsprunges (im Sinne der Einschaltbewegung betrachtet) die Entriegelung bewirkt, so dass die beim Ausschalten durch Schwenken des Doppelhebels 14, 15 gespannte Feder 12 nunmehr auf den Doppelhebel M, 15 ein Drehmoment im Uhrzeigersinne ausüben und somit das Trennmesser 55 plötzlich in seine Einschaltlage bringen kann. Statt mehrere Zapfen 26 vorzusehen, kann ein länglicher rippenförmiger Ansatz auf der Stange 28 angebracht bzw. sonstige Verzögerungsvorrichtungen für das Ansprechen der Betätigungsglieder für das Einschalten der Trennstelle benutzt werden.
Zum Ausschalten der Trennstelle dient, wie bereits erwähnt, ein besonderer Druckgaszylinder 35, der mittels einer z. B. an dem mittleren Teil des Druckluftzylinders 34 angeschlossenen Verbindungsleitung 43 mit dem Zylinder 34 verbunden ist.
Im eingeschalteten Zustande wird der Strom in Richtung des Pfeiles 31 dem Schalldämpfer 4 zugeführt, gelangt von diesem über den feststehenden Kontakt 5 zu dem beweglichen Schaltstück 6 und wird alsdann über die Schleifkontakte 7 und die Verbindungsleitung 30 dem Trennmesser 55 zugeführt, um über den Kontakt 10 in Richtung des Pfeiles 32 die Schalteranordnung zu verlassen.
Beim Ausschalten wird durch das Öffnen eines nicht dargestellten Hauptventils der Kolben 22 mit dem Schaltstück 6 mittels der in Richtung des Pfeiles 38 zugeführten Druckluft nach unten bewegt.
In dem ersten Teil der Kolbenbewegung bleibt der Zutritt der Druckluft zu dem Druckluftzylinder 35 durch den Kolben 22 verschlossen, u. zw. so lange, bis der Stromkreis an den Leistungskontakten unterbrochen und das Schaltstück 6 so weit bewegt ist, dass die Unterbrechungsstrecke zwischen den Leistungskontakten 5,6 genügende Isolierfestigkeit erreicht hat. Erst nach der erfolgten Stromunterbrechung an der Leistungsunterbrechungsstelle 5,6 wird, nachdem der Kolben 22 die Mündung der Verbindungsleitung 43 in dem Zylinder 34 passiert hat, über den oberhalb des Kolbens 22 liegenden Zylinderraum und die Verbindungsleitung 43 die Verbindung zwischen der Druckluftzufuhrleitung 40 und dem Druckluftzylinder 35 hergestellt, so dass der. Kolben 33 nunmehr seine Abwärtsbewegung ausführen kann.
Bei dieser Bewegung des Kolbens 33 wird der mit der Kolbenstange 20 verbundene Hilfshebel 26 nach
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Beim Einschalten des Schalters wird in dem Augenblick, wo der unterste Zapfen 26 den Vorsprung 36 verlässt, der Doppelarm 23, 24 freigegeben, so dass die Sperrung aufgehoben wird und die Feder 12 nunmehr das Trennmesser 55 in seine durch strichpunktierte Linien angedeutete Einschaltstellung bringt.
Die beschriebene und dargestellte Anordnung kann sinngemäss auch bei einer aus zwei beweglichen Messern bestehenden Trennstelle verwendet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Druckgassehalter für hohe Spannungen, bei dem eine Schaltstelle für die Stromunterbrechung und eine stromlos schaltende Trennstelle in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung der Schaltstrecke (5, 6) für sich allein im ausgeschalteten druckfreien Zustand mit Sicherheit die Spannungen verträgt, die während des Abschaltvorganges und unmittelbar anschliessend an diesen auftreten können, und dass durch die nach der L3istungsunterbrechung geöffneten Trennstellen (9, 10) die freien Luftstrecken zwischen den zu unterbrechenden Leitungen insgesamt so weit vergrössert sind, dass die Übsrsehlagsfestigkeit eine dem Sicherheitsgrad der übrigen Anlage entsprechende Höhe erreicht.