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Elektrischer Schalter
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erfolgt, lassenGase" bezeichnet. Bei den erfindungsgemässen Schaltern ist die Isolierflüssigkeit dauernd einem hohen Belastungsdruck ausgesetzt, durch welchen der Querschnitt eines entstehenden Lichtbogens verringert wird. Die nun in den Lichtbogen eindringende Isolierflüssigkeit wird durch die Lichtbogenhitze jedoch nicht in Gas verwandelt, sondern zersetzt, während die den Lichtbogen zu einem kleineren Querschnitt einschnürende Isolierflüssigkeit den Bogen beim Nulldurchgang des zu schaltenden Stromes derart rasch abkühlt, dass die Isolierflüssigkeit ein neuerliches Überschlagen verhindern kann, noch bevor es zu einem nennenswerten Vergasen kommt.
Der Lichtbogenquerschnitt wird durch den Belastungsdruck verringert und der eingeschnürte Lichtbogen dank der niedrig gebliebenen Temperatur der Isolierflüssigkeit derart rasch und stark abgekühlt, dass nachNulldurchgang des Nennstromes kein Bogen mehr überschlagen kann. Das verflüssigbare dielektrische Gas wird bei im wesentlichen konstantem Druck in flüssigem Zustand erhalten, wobei dieser Druck je nach Art des jeweils verwendeten Gases in der Nähe oder oberhalb seines kritischen Druckes liegen kann. Es ist vorteilhaft, wenn Temperaturveränderungen nur beschränkte Druckschwankungen nach sich ziehen.
Diesen Vorteil weisen Schalter auf, die im Einklang mit der Erfindung mit einer abgedichteten Ausschaltkammer ausgerüstet sind, in welcher mindestens ein feststehender Kontakt und ein beweglicher Kontakt vorhanden sind, die mit flüssigem Isoliergas gefüllt ist und die auf hydraulischem Wege mit der Flüssigkeitskammer eines vorzugsweise geerdeten hydraulischen Speichers in Verbindung steht, wobei die Flüssigkeitskammer mit einem Isoliergas gefüllt ist, das unter Einwirkung des durch elastische Mittel, z. B. einen federbelasteten Kolben, des Speichers ausgeübten Druckes in flüssigem Zustand gehalten ist. Derartige Schalter arbeiten einwandfrei im Freien bei Temperaturen zwischen-40 bis +600C ohne einer zusätzlichen Heizung oder Kühlung zu bedürfen.
Das zur Druckbeaufschlagung des Speichers dienende elastische Mittel kann insbesondere aus einem in der zweiten abgedichteten Kammer des Speichers enthaltenen, unter Druck stehenden Gas bestehen, das einen Verflüssigungsdruck aufweist, der bei gleicher Temperatur wesentlich höher ist als der Verflüssigungsdruck des verflüssigbaren dielektrischen Gases. Mechanische Bestandteile, wie Federn, Übersetzungsgestänge u. dgl. sind bei dieser Ausführungsform vermieden.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand beispielsweise Ausführungsformen näher erläutert, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigen in schematisierter Darstellung Fig. l einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemässen Schalter, Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines solchen Schalters, Fig. 3 teils in Ansicht, teils im Schnitt einen hydraulischen Speicher mit einer die Einrichtung unter Druck haltenden Feder, Fig. 4 einen Längsschnitt durcheine weitere Ausführungsvariante für Schalter nach der Erfindung, Fig. 5, 6 und 7 je eine Möglichkeit zum Füllen des Schalters mit verflüssigbarem Gas, Fig. 8 ein Pegelstandanzeigegerät für den Schalter und Fig.
9 im Längsschnitt eine vierte Variante für einen Schalter, bei welcherdie Dmckbeaufschlagung des flüssigen Dielektrikums mit Hilfe eines im oberen Teil der Schaltkammer vorhandenen Gaspolsters erfolgt.
In Fig. 1 ist ein sogenannter "aufgesetzter" Schalter dargestellt, bei welchem eine Schaltkammer - auf dem oberen Ende einer Isolatorsäule --4-- aufgesetzt ist. Dieser Schalter entspricht hinsichtlich seiner Bauweise den bekannten sogenannten Schaltern "mit geringem Ölvolumen". In der Schalt- kammer --2-- befinden sich ein beweglicher Kontakt --6-- gegen den ein an einer Leitungsschiene - -10-- angeschlossener Gleitkontakt --8-- anliegt und ein miteinerLeitungsschiene--14--verbundener feststehender oder Tulpenkontakt --12--, mit dem der bewegliche in Eingriff gebracht werden kann.
Der bewegliche Kontakt --6-- wird zum Ein- und Ausschalten durch einen üblichen Mechanismus, beispielsweise von einem hydraulischen Arbeitszylinder --16-- über eine isolierende Stangeu18-- betätigt Der Innenraum --19-- der Kammer --2-- ist dicht abgeschlossen, wozu an der Durchtrittsstelle des beweg-
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von der Flüssigkeitskammer --26-- eines geerdeten hydraulischen Speichers --28-- ausgeht. Diese Flüssigkeit in der von einem frei beweglichen Kolben --30-- begrenzten Flüssigkeitskammer wird von auf den Kolben einwirkenden, üblichen Mitteln eines vorzugsweise von einem in der zweiten Kammer des Speichers eingeschlossenen druckbeaufschlagten Gaspolster --32-- oder einer Feder --33-- unter Druck gehalten.
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steuern kann.
Ein an der Oberseite der Ausschaltkammer angebrachtes Ablassventil--38-- ermöglicht das Ablassen von Luft bei Inbetriebnahme des Schalters.
Bei einem wie vorstehend beschriebenen aufgesetzten Schalter ist die Säule --4-- normalerweise mit isolierendem Öl gefüllt, wie es bei bekannten Leistungsschaltern üblich ist. Jedoch wird die Wirksamkeit der Dichtung --20-- durch vom Lichtbogen vemrsachte Erosionen am beweglichen Kontakt --6-mit der Zeit beeinträchtigt.
Demzufolge ist bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform die abdichtende Zwischenwand --20, 22-- zwischen der Schaltkammer und dem Innenraum der Isolatorsäule weggelassen, wobei dann auch die Säule mit druckbeaufschlagtem verflüssigtem dielektrischem Gas gefüllt ist.
Die einzig notwendige Abdichtung befindet sich an der Unterseite der Säule --4-- wo die Kolbenstange --42-- die vor Erosionswirkungen geschützt und demzufolge einwandfrei glatt bleibt, durch die Dichtung-40-- hindurchtritt.
Ausserdem ist eine Entleerungsvorrichtung vorgesehen, wodurch die Betätigung des schwer zugäng-
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wird. Zuventil --46-- eingesetzt ist, das einen Umlauf des Strömungsmittels nur in Richtung des Pfeiles --48-zulässt.
Die isolierte Leitung --44-- führt in die Flüssigkeitskammer-26-des Speichers-28'-zurück.
Die Leitung --24'--, die die Flüssigkeitskammer --26-- mit dem Innenraum der Säule --4-- sowie der Schaltkammer --2-- verbindet, ist ebenfalls mit einem Rückschlagventil --50-- versehen, das in dieser Leitung den Umlauf des Strömungsmittels nur vom Speicher zum Schalter zulässt.
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ventil ersetzt werden, so dass sich bei Inbetriebnahme das Öffnen des Ventils erübrigt. Selbstverständlich lassen sich die beiden Ventile --52 und 54-- zu einem einzigen Dreiweghahn zusammenfassen.
An der Leitung--24'-- ist ein Manometer --36-- sowie ein Anschluss --56-- angebracht, der zum Füllen der Anlage oder zum Erneuern der Füllung an einen Vorrat verflüssigbaren Dielektrikums angeschlossen wird. An irgendeiner Stelle der Anlage kann noch ein Sicherheitsventil --57-- angebracht werden.
Da verflüssigbare dielektrische Gase im allgemeinen viel schwerer sind als Luft, genügt es, bei Beginn des Füllens das Ablassventil--52-- solange zu öffnen, bis die in der Anlage enthaltene Luft entwichen ist.
In Fig. 2 ist als Variante ein Speicher --28'-- dargestellt, bei welchem die Flüssigkeit --26-- und der Gaspolster --32-- nicht durch einen beweglichen Kolben voneinander getrennt sind, sondern der elastische Polster aus verdichtetem Gas-32-, beispielsweise Stickstoff, seinen Druck auf das verflüssigte dielektrische Gas unmittelbar ausübt.
Der vorstehend beschriebene Kreislauf, der den Innenraum des Schalters mit dem Speicher und bei Bedarf mit der Aussenluft und/oder einer Dielektrikumsquelle verbindet, beschränkt den Umlauf des Dielektrikums auf einer einzigen Richtung und ermöglicht ausserdem die automatische Entfernung von Fremdgasen.
Der Speicher --28'-- enthält entweder ein unter Druck stehendes Gas oder seine Feder übt gemäss Fig. 3 auf den Kolben einen Druck aus, der so hoch ist, dass das verflüssigbare dielektrische Gas bei den üblichen Temperaturen in flüssigem Zustand gehalten wird. So kann der Speicher, sofern man als verflüssigbares dielektrisches Gas Schwefelhexafluorid wählt, unter den üblichen Temperaturbedingungen auf einen Druck von mindestens 35 kg/cm2 gefüllt werden. Sofern aber Freon verwendet wird, genügt ein Druck von etwa 15 bis 20 kg/cm2.
Beim Eintreten eines Temperatursturzes nimmt das Volumen des im Schalter enthaltenen flüssigen dielektrischen Gases ab, wobei das Rückschlagventil --46-- geschlossen bleibt, während sich das Rück- schlagventU--50-- öffnet und eine entsprechende Menge flüssigen dielektrischen Gases aus der Flüssig-
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keitskammer --26-- nachströmt. Selbstverständlich nimmt das Volumen des Gaspolsters --32-- entsprechend zu und der Gasdruck nimmt ab. Das dielektrische Gas bleibt jedoch flüssig, da die Temperatur gesunken ist.
Wenn dagegen ein Temperaturanstieg eintritt, erfolgt der Zustrom in den Speicher aus dem Schalter über die Leitung --44-- in Richtung des Pfeiles-48-. Dieses Überströmen ist von einem Anstieg des Gesamtdruckes in der Anlage begleitet, so dass das dielektrische Gas trotz des Temperaturanstieges im flüssigen Zustand verbleibt.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, dass auf diese Weise entsprechend den Temperaturänderungen ein langsamer Kreislauf des Dielektrikums stattfindet.
An einer Stelle dieses Kreislaufes kann die Flüssigkeit gefiltert werden. wobei die Gase in den Speicher zurückgeführt werden. Auf diese Weise wird eine Reinigung der Anlage oder eine ständige und automatische Entfernung von Fremdgasen durchgeführt.
Bei manchen verflüssigbaren dielektrischen Gasen, deren kritische Temperatur z. B. (für SF6 45, 4 C) in der Nähe der durch Sonneneinwirkung erreichbaren Temperaturen liegt, kann der Druck bedenkenlos über den kritischen Wert gesteigert werden und es kann sogar vorteilhaft sein, den Druck ständig über diesem kritischen Wert zu halten, um mit Sicherheit Zustandsänderungen als Folge von Volumenänderungen zu verhüten.
In allen Fällen ist es zweckmässig, das Speichervolumen dem Schaltervolumen so anzupassen, dass die temperaturbedingten Druckänderungen das Dielektrikum zumindest in jenem Teil des Schalters in flüssigem Zustand halten, in welchem die Schaltstrecke liegt.
Obwohl einige der unter der Handelsbezeichnung "Freon" bekannten Gase schlechtere dielektrische Eigenschaften aufweisen, als Schwefelhexafluorid-Gas kann die Verwendung von Freon, zumindest einiger Arten, in erfindungsgemässen Schaltern auf Grund ihrer sehr niedrigen Verfestigungstemperaturen und ihrer weit über allen in der Praxis anzutreffenden Aussentemperaturen liegenden kritischen Temperaturen vorteilhaft sein. Darüber hinaus ist ihr Verflüssigungsdruck verhältnismässig niedrig und man kann je nach der verwendeten Gasart mit Drücken von 15 bis 20 kg/cm ? auskommen.
Der in Fig. 4 dargestellte Schalter entspricht dem in Fig. 1 dargestellten insofern, als der Innenraum - der mit einem verflüssigten dielektrischen Gas, beispielsweise mit SF, gefüllten Schaltkammer - durch einen mit einer Dichtung --20-- für den bewegbaren Schaltkontakt --18--versehenen Boden --22-- von dem Innenraum der Isolatorsäule-4-getrennt ist, die mit Isolieröl gefüllt sein kann.
Dieser Schalter entspricht anderseits dem in Fig. 2 dargestellten insofern, als er einen geschlossenen Kreislauf für das flüssige Dielektrikum zwischen dem druckbeaufschlagten Speicher --28-- und der Schaltkammer besitzt. Dieser geschlossene Kreislauf umfasst eine Leitung --44--, die oben in der Schaltkammer --2-- mündet und die mit der an den Speicher --28-- angeschlossenen Leitung --44'-- über ein Filter --60-- in Verbindung steht, auf dessen beiden Seiten je ein Absperrventil-62 bzw. 54- angebracht ist.
Der Kreislauf ist durch Leitungen --24, 24'-- ergänzt, die einerseits an den Speicher angeschlossen sind und anderseits in den unteren Teil der Schaltkammer einmünden.
Wie bereits erörtert, erzeugen die Temperaturänderungen einen Umlauf des flüssigen Dielektrikums, der durch das Vorhandensein der Rückschlagventile --46 und 50-- nur in Richtung der bei den Leitungen - 44 und 24-eingezeichneten Pfeile stattfinden kann, so dass die ständige Filterung des Dielektrikums möglich ist.
Zum Auswechseln des Filters genügt es, die beiden Ventile --54 und 62-- zu schliessen und das Filterelement auszutauschen.
Falls die Anlage nur geringen Temperaturunterschieden ausgesetzt ist oder eine schnelle Filterung erwünscht ist, wird in den Kreislauf eine Umwälzpumpe --64-- eingeschaltet.
Es ist vorteilhaft, das SF. oder ein entsprechendes flüssiges Dielektrikum zu filtern, jedoch ausserdem die erste Füllung mit einem Dielektrikum vorzunehmen, das von jeglichen Fremdstoffen, die in den Transportflaschen vorhanden sein könnten, so weit wie möglich frei ist.
Deshalb ist bei erfindungsgemässen Schaltern empfehlenswert, die erste Füllung unter Zuhilfenahme fraktionierter Destillation, beispielsweise nach einem der in Fig. 5 oder 6 veranschaulichten Verfahren, vorzunehmen. Zum Einsparen von Schwefelhexafluorid ist es zweckmässig, vor Beginn des Füllens die Luft im Schalter mit Hilfe von Stickstoff aus einer an den Anschluss --56-- angeschlossenen Flasche auszuspülen. Stickstoff ist billig und falls er im Kreislauf zurückbleibt, ist dies unbedenklich, besonders was insbesondere von Bedeutung ist, wenn der Speicher --28-- keinen Zwischenkolben --30-- besitzt.
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Nach dem Entfernen der Luft kann man unter Zwischenschaltung eines Verdichters --68-- an den Anschluss --56-- eine Flasche --66-- mit flüssigem SF 6 anschliessen (Fig. 5). Die Entnahme erfolgt aus der Gasphase der Flasche, so dass die gegebenenfalls in dem flüssigen SF, enthaltenen Verunreinigungen nicht in die Anlage gelangen.
Wenn das gasförmige SF, den Stickstoff vollständig ausgetrieben hat, schliesst man das Ablassventil--52--, das vorzugsweise möglichst nahe dem Anschluss --56-- angebracht ist, worauf der Verdichter --68-- den Druck in der Anlage auf den gewählten Wert bringt.
Gemäss dem Füllverfahren nach Fig. 6 wird die Flasche --66-- mit SF6 einfach an den Anschluss --56-- mit Hilfe einer Letitung --70-- angeschlossen, in die ein Sicherheitsventil --72-- eingesetzt ist. Hierauf wird die Flasche--66--, beispielsweise in einem Wasserbad --74-- angewärmt. Auch in diesem Falle erfolgt das Füllen mittels Destillation, so dass die Anlage mit gereinigtem Dielektrikum gefüllt wird.
Bei dem in Fig. 7 veranschaulichten Verfahren erfolgt das Füllen unmittelbar mit reinem flüssigem SF., aus einem Behälter --76--. Dieser Behälter ist durch einen frei beweglichen Kolben --78-- in eine
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--80--,Flüssigkeitsquelle, beispielsweise an eine Druckölquelle wie eine Pumpe --86-- angeschlossen ist, die Öl aus einem Behälter --88-- ansaugt und unter Druck in die Kammer --84-- fördert. Ein Sicherheitsventil--90-- öffnet sich bei Überdruck und wenn der Kolben --78-- sein Hubende erreicht hat, strömt das Öl in den Behälter--88--. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil --92-- des Behälters --76-- ge- schlossen, worauf ein Ventil --94-- in einer Rückleitung --96-- geöffnet wird, durch welche das in der
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lung verwenden.
Der Schalter kann eine Einrichtung zur Anzeige der in dem Gerät enthaltenen Menge verflüssigten Dielektrikums aufweisen, da das flüssige SF in einem üblichen Pegelstandanzeiger einwandfrei sichtbar ist.
Eine Ausführungsform einer solchen Einrichtung ist in Fig. 8 dargestellt, die einen Speicher-28'- zeigt, an den die beiden Leitungen --44 und 24'-- für den Umlauf des Strömungsmittels angeschlossen sind.
Selbstverständlich liesse sich die gleiche Einrichtung bei einem Speicher verwenden, an den nur eine Leitung zur Druckbeaufschlagung, beispielsweise die Leitung-24-- nach Fig. l angeschlossen ist.
Dieser Speicher enthält eine gewisse Menge flüssiges SR, über welchem ein Polster aus verdich- tetem Gas-32--, beispielsweise Stickstoff, angeordnet ist, das seinen Druck auf das flüssige SF. unmit- telbar ausübt. An dem Speicher --28'-- ist, vorzugsweise unter Einschaltung von zwei Absperrventilen - 100 und 102--, ein Pegelstandanzeiger --98-- mit einem Schauglas angebracht. Somit lassen sich die Mengen des flüssigen Dielektrikums und des den elastischen Polster bildenden Gases überprüfen. Das Nachfüllen des Speichers mit Stickstoff erfolgt über das Ventil-34'-.
Im Vorstehenden war insbesondere von der Verwendung von Schwefelhexafluorid als verflüssigtem dielektrischem Gas die Rede, jedoch ist klar, dass diese Ausführungen auch dann gelten, wenn das Dielektrikum ein anderes verflüssigbares Gas mit den erforderlichen dielektrischen Eigenschaften, beispielsweise Freon oder ein Gemisch aus mehreren Gasen, ist. In bestimmten Fällen kann es zweckmässig sein, solche Gasgemische beispielsweise zum Herabsetzen des Gefrierpunktes des Dielektrikums (für fis- 50, 80C) zu verwenden, wenn die Schalter in sehr kalten Gebieten im Freien aufgestellt sind.
Bei der in Fig. 9 dargestellten Variante ist die Schaltkammer --2-- mit flüssigem SF gefüllt, wobei die isolierende Säule-4-, je nachdem, ob zwischen ihrem Innenraum und der Schaltkammer eine Zwischenwand vorgesehen ist oder nicht, mit flüssigem SF6 bzw. isolierendem Öl oder einem andem Dielektrikum, beispielsweise mit gasförmigem SF, gefüllt sein kann.
Bei dieser Ausführungsform wird die Druckbeaufschlagung des flüssigen SF6 durch einen unter Druck stehenden Gaspolster z. B. Stickstoff bewirkt, der sich unmittelbar über dem Spiegel --106-- desDielektrikums in einer oberhalb der Schaltkammer --2-- liegenden Kammer --108-- befindet. Diese Kammer --108-- ist mit einem Pegelstandanzeiger-98-und einem Sicherheitsventil --110-- ver- sehen.
Eine solche Einrichtung könnte bei im Freien befindlichen Schaltern, die sehr grossen täglichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, Mängel aufweisen. Es würden dabei, sofern für die Kammer - nicht ein verhältnismässig grosses Volumen vorgesehen ist, erhebliche Druckänderungen ent-
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stehen. Dagegen sind in geschlossenen oder besser noch in unterirdischen Stationen die Temperaturen im wesentlichen konstant, so dass diese einfache Lösung von besonderem Interesse für in solchen Stationen untergebrachte Leistungsschalter ist.
Die Anlage ist durch ein Manometer --36-- und ein Thermometer --112-- ergänzt, die in Verbindung mit dem Pegelstandanzeiger --98-- die Ermittlung der in der Anlage enthaltenen tatsächlichen Stickstoffmenge unter allen Umständen ermöglichen.
Es könnte einfacher erscheinen, bei einem Schalter gemäss dieser Variante den Gaspolster mit Hilfe der sich über der Flüssigphase befindenden Gasphase des SF zu bilden. Jedoch bestünde in diesem Falle beim Ausschalten die Gefahr einer Hohlraumbildung an der vorher durch den beweglichen Kontakt eingenommenen Stelle, so dass der Lichtbogen schwerer erlöschen würde. Wenn man dagegen für den Polster - -104-- ein'Gas mit einem viel höheren Verflüssigungsdruck als SE, z. B. Stickstoff wählt, so bewirkt der Druck beim Ausschalten das sofortige Nachfliessen des flüssigen Dielektrikums in den durch den beweglichen Kontakt freigegebenen Raum.
Das hat zur Folge, dass das Erlöschen des Lichtbogens tatsächlich im Inneren des flüssigen Dielektrikums erfolgt, weil die ZufuhrnichtionisiertenDielektrikums während des Ausschaltvorganges eine ähnliche Wirkung wie ein Ausblasen hat.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Schalter mit einer die Schaltkontakte und ein unter Druck verflüssigtes Isoliergas aufnehmenden Schaltkammer, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Schaltstrecke der in der Schaltkammer (2) angeordneten Schaltkontakte (6,8, 12) innerhalb des verflüssigten Isoliergases liegt, und dass das verflüssigte Isoliergas dauernd einem dessen Dampfspannung übersteigenden Belastungsdruck ausgesetzt ist.
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