Leistungsschalter Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere die Lichtbogenlöscheinrichtungen für einen Leistungsschalter, bei dem eine auf den Aus schaltlichtbogen gerichtete Strömung eines Lösch- mittels durch eine aus einem Kolben und einem Zylinder bestehende Verdichtungseinrichtung hervor gerufen wird. Es sind Schalter bekannt, bei denen ein Löschmittelstrom, z. B. ein Gas, wie Schwefel- hexafluorid, gegen den Ausschaltlichtbogen geblasen wird, um dessen Löschung zu erreichen. Dazu dient ein hydraulischer Antrieb mit einem Druckmittel, wie z.
B. öl, zur schnellen Trennung und Bewegung der Schaltstücke. Das Löschmittel wird dabei von einer Kolbenanordnung verdichtet und das verdichtete Gas durch eine Düsenanordnung auf den sich verlän gernden Lichtbogen gedrückt. Die Düsenanordnung ist mit dem beweglichen Schaltstück verbunden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Kolben als auch der Zylinder beweglich ange ordnet sind und zum Erzeugen der Löschmittelströ- mung gegenläufig bewegbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an hand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 stellt einen Seitenriss eines Leistungsschal ters dar, bei dem die Schaltstückanord'nung in der Einschaltstellung dargestellt ist.
Fig.2 ist ein beträchtlich vergrösserter Vertikal schnitt durch eine der Lichtbogenlöscheinrichtungen des Leistungsschalters nach Fig. 1 und einen Teil der Antriebseinrichtung. Die Schaltstückanordnung ist teilweise geöffnet.
Fig. 3 zeigt einen abgeänderten Hydraulikantrieb, bei dem sich ein Kolben, der die Düse und das be wegliche Schaltstück trägt, im Innern eines Ver dichtungszylinders bewegt.
In den Figuren, insbesondere in Fig. 1, ist mit 1 ein Leistungsschalter mit einer Löschmittelströmung bezeichnet. Der Schalter umfasst zwei in Reihe lie gende Lichtbogenlöscheinrichtungen 2, 3, die sich von einem zwischen ihnen angeordneten Antriebs gehäuse 4 horizontal nach den Seiten ,erstrecken. Das Antriebsgehäuse 4 ist am oberen Ende einer Isolator säule 5 angeordnet. Die Isolatorsäule wird von einem unteren Antriebsgehäuse 6 getragen. Das An triebsgehäuse 6 ist auf einem Betonfundament 7 befestigt. Leitungsanschlüsse 8 und 9 dienen zur Ver bindung des Leistungsschalters 1 mit den Leitungen 10 und 11.
Wie sich ohne weiteres ergibt, verläuft der Stromkreis über den Schalter durch die beiden in Reihe liegenden Lichtbogenlöscheinrichtungen 2, 3.
Ausserhalb des Antriebsgehäuses 4 ist ein Zeiger 12 vorgesehen, der die Ein- bzw. Ausschaltstellung des Schalters angibt. Wie Fig. 1 zeigt, soll der Schalter eingeschaltet sein.
In der Fig. 2 ist .ein Querschnitt durch die linke Lichtbogenlöscheinrichtung 2 dargestellt. Im Innern eines wetterfesten Gehäuses 13, das vorzugsweise aus Porzellan besteht, ist ein festes Schaltstück 14 an geordnet, das mit einem beweglichen Schaltstück 15 zusammenwirkt. Die Schaltstücke 14 und 15 können beim Ausschalten voneinander getrennt werden, so dass ein Lichtbogen 16 zwischen ihnen gezogen wird.
Zur Löschung des Lichtbogens 16 ist eine als Ganzes mit 17 bezeichnete Löscheinrichtung vor gesehen. Sie besteht aus einem beweglichen Ver dichtungszylinder 18 und einem in seinem Innern angeordneten ringförmigen Kolben 19. Diese Teile sind so angeordnet, dass beim Ausschalten des Lei stungsschalters der bewegliche Verdichtungszylin der 18 und, der ringförmige in dessen Innern an geordnete Kolben 19 in entgegengesetzten Richtungen bewegt werden.
Dadurch wird eine sehr schnelle Ver dichtung des Löschmittels 20 im Raum 21 im Innern des Verdichtungszylinders 18 erreicht. Das Lösch- mittel 20 kann entweder gasförmig oder flüssig sein. Zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, dass es ein schweres Gas, z. B. Schwefelhexafluorid (SF") oder Selenhexafluorid (SeFs) oder Mischungen eines oder beider der vorgenannten Gase mit Argon, Helium, Kohlendioxyd, Stickstoff oder Luft ist. Die Löschwirkung dieser schweren Gase ist besonders gut.
Ausserdem haben diese Gase eine grosse d'ielektrische Festigkeit und können die Spannung in der Aus schaltstellung des Schalters halten.
Verbunden mit dem beweglichen Verdichtungs zylinder 18 ist eine Düsenanordnung, die als Ganzes mit 22 bezeichnet ist. Sie besteht aus einem ring förmigen Düsenteil 23 mit einer Öffnung 24 darin. Wie Fig. 2 zeigt, wird der Lichtbogen vorzugsweise innerhalb der Öffnung 24 der Düsenanordnung 23 gezogen. Das ringförmige Düsenteil 23 ist über einen Flanschteil 25 fest mit dem beweglichen Verdich tungszylinder 18 verbunden. Zum Befestigen des Flanschteils dienen Bolzen 26, die in die Stirnwand 27 des Verdichtungszylinders 18 geschraubt sind.
Die Stirnwand 27 des Verdichtungszylinders 18 besitzt eine Anzahl Öffnungen 28, durch die komprimiertes Gas 20 aus dem Raum 21 durch die Öffnung 24 des Düsenteils 23 austreten kann, um die Löschung des Lichtbogens 16 zu bewirken. Die Pfeile 29 zeigen die Richtung des Gasstromes. Um den Verdich tungszylinder 18 über den Kolben 19 zu schieben, ist eine Kolbenstange 30 vorgesehen. Wie dargestellt ist, ist am rechten Ende der Kolbenstange 30 ein Kolben 31 befestigt, der in einem Zylinder 32 angeordnet ist. Die Bewegung des Kolbens 31 im Zylinder 32 wird durch ein Ventil 33 gesteuert. Das Ventil besitzt zwei Schieber 34, 35, die durch eine Stange 36 verbun den sind.
Das rechte Ende der Stange 36 ist mit zwei Ankern 37, 38 versehen, die mit Abstand von einander angeordnet sind. Die Anker werden von Spulen 39, 40 angezogen, wenn diese erregt werden. Die Stromkreise für die Erregung der Ausschaltspule 39 und der Einschaltspule 50 sind nicht dargestellt. Sie können irgendwie geeignet ausgeführt sein und bilden keinen Teil der Erfindung.
Ein Hydraulikspeicher 41 ist oberhalb des An triebsgehäuses 4 angeordnet und über eine Leitung 42 mit dem Ventil 33 verbunden. Als Hydraulikflüssig- keit dient vorzugsweise<B>Öl</B> unter hohem Druck, wie z. B. 140 at. Im oberen Bereich 43 des Speichers 41 ist komprimierter Stickstoff vorgesehen. Eine als Kolben ausgebildete, bewegliche Trennwand 44 trennt den Stickstoff von dem unter Druck stehenden Öl. Zum Nachfüllen des Druckmittels in den Speicher 41 kann irgendeine geeignete Einrichtung dienen.
Die Nachfülleinrichtung ist der besseren übersichtlich- keit wegen in den Figuren nicht dargestellt.
Wie vorher ausgeführt wurde, sind zwei Licht- bogen'löscheinrichtungen in Reihe geschaltet. Ein Antriebskolben 31' ist mit dem linken Ende der Kolbenstange 30' verbunden, die das bewegliche Schaltstück der rechts liegenden, nicht dargestellten Lichtbogenlöscheinrichtung antreibt. Wie sich ohne weiteres ergibt, öffnen und schliessen die beiden Licht bogenlöscheinrichtungen 2, 3 gleichzeitig, da die bei den Einrichtungen 2, 3 durch das gleiche Ventil 33 gesteuert werden.
Da die rechte Lichtbogenlösch- einrichtung 3 der linken Lichtbogenlöscheinrichtung 2 genau entspricht, wurde sie in der Fig.2 der Ein fachheit halber weggelassen.
Um das bewegliche Schaltstück 15 vom festste henden Schaltstück 14 zu entfernen, wird die Ein schaltspule 39 durch geeignete nicht dargestellte Mit tel erregt. Der mit der Stange 36 verbundene Anker 37 wird in die in Fig. 2 dargestellte Lage gezogen, bei der die Leitung 42 mit der Leitung 45 verbunden ist. Die Leitung 45 verzweigt sich in zwei Leitungen 46 und 47, die zu den äusseren Enden des Zylin ders 32 führen. Da sich nach dem Öffnen in den Räumen 48, 49 vor den Kolben 31, 31' ein hoher Druck aufbaut, bewegen sich die beiden Kolben ge geneinander bis zu einem ringförmigen flexiblen An schlag 50 in die völlig geöffnete Stellung. Während dessen ist der Raum 51 zwischen den Kolben 31, 31' durch eine Leitung 52 mit einer unter geringem Druck stehenden Auslassleitung 53 verbunden.
Das bewegliche Schaltstück 15, die Düsenanordnung 22 und der Verdichtungszylinder 18 bewegen sich schnell in die völlig geöffnete Endstellung.
Wenn der Schalter 1 eingeschaltet werden soll, wird die Einschaltspule durch geeignete nicht dar gestellte Mittel erregt. Durch geeignete, dem Fach mann bekannte Mittel wird bei der Erregung der Einschaltspule 40 gleichzeitig die Entregung der Aus schaltspule 39 bewirkt, so dass die beiden Spulen nicht gegeneinander wirken können. Durch die Er regung der Einschaltspule 40 wird der Anker 38 angezogen und die Stange 36 nach rechts bewegt. Die Schieber 34, 35 gelangen in die gestrichelt gezeich neten Stellungen 34', 35'. In diesen Stellungen der Schieber ist die vom Speicher 41 kommende Druck leitung 42 mit der Leitung 52 verbunden, die in den Raum 51 zwischen den beiden Kolben 31, 31' führt.
Die Drucksteigerung im Raum 51 zwischen bei den Kolben 31, 31' bewirkt, dass sich die Kolben .in entgegengesetzte Richtungen voneinander wegbewe gen. Währenddessen sind die Räume 48, 49 vor den Kolben 31 bzw. 3l' durch Leitungen 46, 47 und 45 mit der unter geringem Druck stehenden Lei tung 54 verbunden. Wie Fig. 2 zeigt, ist die Leitung 54 mit der Leitung 53 verbunden und führt durch die Sammelleitung 55 zu einem geeigneten nicht dar gestellten Sumpf, der unter geringem Druck steht. Beim Ausschalten bewegt sich der mit dem beweg lichen Schaltstück 15 verbundene Verdichtungszylin der 18 nach rechts, um, wie Fig. 2 zeigt, das Gas im Raum 21 zu verdichten.
Wie bereits erwähnt, wird das im Raum 21 verdichtete Gas durch die öff- nungen 28 in der Zylinderstirnwand 27 ausgestossen und bewirkt die Löschung des Lichtbogens 16 in der Düsenöffnung 24. Es ist wesentlich, dass gleichzeitig mit der nach rechts verlaufenden Bewegung des Ver dichtungszylinders 18 der ringförmige Kolben 19 nach links bewegt wird. Als Folge dieser beiden Be wegungen des Verdichtungszylinders 18 und des ring förmigen Kolbens 19 ergibt sich eine sehr schnelle Verdichtung des Gases 20 im Raum 21. Dadurch wird sehr schnell eine beträchtliche Druckdifferenz längs der Düsenöffnung 24 geschaffen.
Mit der Kolbenstange 30 ist ein Hydraulikkolben 56 verbunden, der in einem Antriebszylinder 57 an geordnet ist. Der Zylinder ist aus einem Stück mit einem Gussgehäuse 58 geformt, das mit Bolzen 59 an einer Seitenplatte 60 des Antriebsgehäuses 4 angeschraubt ist. Die Seitenplatte 60 hat eine öffnung 61. Die Kolbenstange 30 ist durch die öffnung 61 mit einer genauen Passung geführt, wobei noch eine Dichtung 61a vorgesehen ist.
Die Bewegung des Kolbens 56 beim Ausschalten drückt die Hydraulikflüssigkeit 62 im Raum 63 gegen eine Anzahl Antriebskolben 64, von denen nur einer dargestellt ist. Die Kolben 64 werden in Zylindern 65 nach links bewegt. Über Kolbenstangen 66 sind die Kolben 64 mit dem ringförmigen Kolben 19 der Ver dichtungseinrichtung 17 verbunden. Wenn der Kolben 56 den Raum 67 mit einem grösseren Durchmesser erreicht, dann strömt die Flüssigkeit 62 hinter dem Kolben 56 um diesen Kolben und durch den Raum 67 auf die Vorderseite des Kolbens 56. Infolge dessen hört die Druckbewegung der Kolben 64 auf.
Die Stirnwand 27 des Zylinders 18 legt sich dann an den ringförmigen Kolben 19 an und führt ihn in die Endlage zurück, die in der Fig.2 in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Auf diese Weise wird die iso lierende Trennstrecke zwischen den geöffneten Schaltstücken 14, 15 in der ausgeschalteten Endlage des Schalters vergrössert.
Beim Einschalten bewegt sich die Kolbenstange 30 unter der Wirkung des Kolbens 31 nach links, und der Hydraulikkolben 56 wird dabei mitgenom men. Bei dieser Bewegung des Kolbens 56 wird keine Druckwirkung auf die Druckflüssigkeit 62 ausgeübt, solange sich der Kolben 56 in dem vergrösserten Raum 67 bewegt. In dieser Zeit strömt das Druck mittel 62 lediglich von der Vorderseite längs der Aussenfläche des Kolbens 56 durch den Raum 67 auf die Rückseite des Kolbens 56. Wenn der Kol ben 56 die Stehle 68 am Ende des vergrösserten Rau mes 67 erreicht, wird bei der weiteren Bewegung der Kolbenstange 30 und des Kolbens 56 das Druck mittel im Raum 62 zusammengedrückt.
Der dabei entstehende Druck im Raum 69 öffnet ein oder meh rere Rückschlagventile 70, von denen nur eins dar gestellt ist. Das Druckmittel 62 kann dann durch die Leitung 71 in den Raum 63 hinter dem Kolben 56 zurückfliessen. Der ringförmige Kolben 19 bleibt daher während der ganzen Einschaltbewegung im wesentlichen in seiner in Fig. 2 dargestellten rück wärtigen Lage.
Um den Stoss des Druckmittels 62 beim Aus schalten und Einschalten aufzufangen, ist es zweck mässig, einen Hilfsspeicher vorzusehen, der als Gan zes mit 72 bezeichnet ist und der mit dem abge- schlossenen Hydrauliksystem 73 in Verbindung steht, das zum Kolben 19 gehört. Der Hilfsspeicher 72 ist in üblicher Weise ausgebildet. Er enthält in einem Raum 74 an seinem oberen Ende unter Druck stehen den Stickstoff. Zum Trennen des Stickstoffes von dem Druckmittel 62 dient eine bewegliche Wand 75.
Die Fig. 3 zeigt einen abgeänderten Antrieb 78, bei dem, verglichen mit der Kolbenanordnung nach Fig. 2, einige Teile vertauscht sind. In Fig. 3 trägt der Kolben 19' eine Düsenanordnung 22' und ist mit dem beweglichen Schaltstück 15' verbunden. Der Kolben 19' wird durch eine Kolbenstange 30a mit dem Hydraulikkolben 56' angetrieben. Der Kolben 19' bewegt sich im Innern eines beweglichen Verdich tungszylinders 18'.
Dieser wird durch Antriebsstangen 66' bewegt, die mit Kolben 64' fest verbunden sind. Die Wirkungsweise der Antriebsanordnung 78 isst gleich der in Fig. 2 dargestellten. Es wurden lediglich einige Teile vertauscht, das heisst, der ringförmige Kolben 19 der Fig. 2 tritt an die Stelle des Verdich tungszylinders der Anordnung nach Fig. 3.
Der Ver dichtungszylinder 18 der Fig. 2 wird bei der Ano@rd- nung nach Fig. 3 durch die Kolbenstangen 66' in der gleichen Weise betätigt, wie das im Zusammenhang mit Fig. 2 für den Kolben 19 beschrieben wurde. Für gewisse Anwendungszwecke kann es wünschenswert sein, einzelne Teile der Verdichtungseinrichtung in der angegebenen Weise zu vertauschen.
Da der Verdichtungszylinder 18' der Fig. 3 nicht nach rechts in die völlig geöffnete Lage zurück gezogen wird, wie dies bei der Anordnung nach Fig. 2 der Fall war, ist es zweckmässig, zum Errei chen einer angemessenen Trennstrecke in der Aus schaltstellung den Verdichtungszylinder 18' und den Kolben 19' aus Isoliermaterial herzustellen. Bei gewissen Anwendungen ist allerdings kein Isolier material erforderlich, und der Kolben 19' und der Verdichtungszylinder 18' können in diesen Fällen aus Metall hergestellt werden.
Es wurde festgestellt, d'ass für einen bestimmten abzuschaltenden Strom eine gewisse Druckdifferenz längs der Düsenöffnung herrschen muss, wenn die Abschaltung erreicht werden soll. Diese Druck differenz ist bei Verdichtungseinrichtungen abhängig von der Verringerung des Volumens V. Je schneller das Volumen V verkleinert wird, um so kürzer ist die Zeit, die der Lichtbogen brennt, wodurch die gesamte Abschaltzeit entsprechend verringert wird.
Beim beschriebenen Leistungsschalter kann eine extrem grosse Verdichtung des Gases im Raum 21 erreicht werden. Beim Einschalten möge z. B. der Verdichtungszylinder 18 durch die Kolbenstange 30 aus der Lage X1 in eine mittlere Lage X2 gezogen werden. Durch den Hydraulikkolben 56 wird ein bestimmtes Volumen öl 62 in Bewegung gesetzt. Die ses Volumen wird in eine Anzahl Zylinder 76 ge- drückt, so dass Kolben 64 nach aussen bewegt werden.
Die Kolben 64 sind mit dem ringförmigen Kolben 19 verbunden und drücken daher den grossen Kolben 19 aus der ursprünglichen zurückgezogenen Lage A1 in die Lage A2 gegen die Stirnwand des Zylinders 18. Dadurch wird eine zusätzliche Ver dichtung des Gases im Raum 21 erreicht. Die Be wegung des Kolbens 19 aus der Lage A1 in die Lage A2 kann gleich oder kleiner sein als die Bewegung des Verdichtungszylinders 18 aus der Lage X1 in die Lage X2. Man erreicht dies dadurch, dass man die wirk samen Flächen der Kolben 56 und 64 in entspre chender Weise abstuft.
Da der Zylinder 18 weiter in die Ausschaltstel lung gezogen wird, wird auch der Kolben 19 weiter gegen die Stirnwand des Zylinders 18 getrieben, bis der Kolben 56 in den Bereich der Öffnungen 67 kommt. Von da an stömt das Öl lediglich durch die Öffnungen 67 um die beiden Stirnflächen des Kol bens 56, und der Kolben 19 wird durch den Zylinder 18 in seine Ausgangsstellung zurückgeführt.
Bei der Einschaltbewegung strömt Ö1 von der Vorderseite des Kolbens 56 durch die Öffnungen 67 auf die andere Stirnfläche des Kolbens 56. Wenn das Ende der Öffnungen 67, das heisst die Stelle 68, er reicht wird, dann wird das Öl 62 im Raum 69 auf einen so grossen Druck gebracht, dass die Rück schlagventile 70 öffnen, die den Durchfluss des Öls durch die Leitungen 71 in die Kammer 76 gestatten.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dass ein verhältnismässig grosses ursprüngliches Gas volumen zur Verfügung steht. Dabei wird in kurzer Zeit ein grösserer Gasdruck bei einer kleineren Trennstrecke zwischen den Schaltstücken 14, 15 erreicht als in üblichen Leistungsschaltern. Zusätz lich ist für eine lange Trennstrecke in der Ausschalt stellung des Schalters gesorgt.
Neben anderen Vorteilen sind insbesondere zwei möglich: 1. Die Lichtbogenlänge wird auf ein Minimum reduziert.
2. Die Abmessungen, die zu beschleunigenden Massen und die Kräfte auf den Antrieb wer den vermindert.
Im allgemeinen wird die Energie des Lichtbogens in Schaltern, bei denen das Löschmittel verdichtet wird, mechanisch nicht ausgenutzt. Infolgedessen ist es vorteilhaft, die Länge der Lichtbogensäule klein zu halten. Dieses Ergebnis wird bei dem beschrie benen Schalter durch eine doppelt wirkende Ver dichtungseinrichtung erreicht, bei der die Schalt stücke nur ein geringes Stück voneinander entfernt werden, bevor ein zum Löschen des Lichtbogens aus reichender Druck an der Düsenöffnung 24 auftritt.
Die gleiche kleine Lichtbogenlänge könnte bei glei cher Druckdifferenz und dem gleichen Anfangsvolu men auch mit bekannten Anordnungen erreicht wer den, bei denen der Kolben fest steht und nur ein beweglicher Verdichtungszylinder vorgesehen ist. In diesem Fall würde aber ein beträchtlich grösserer Durchmesser des Verdichtungszylinders benötigt, was wiederum grössere Gehäuse für die Verdichtungs einrichtung erfordern würde. Ausserdem würden die grösseren Abmessungen eines solchen Verdichtungs zylinders die zu beschleunigenden Massen vergrössern. Daneben würden zusätzliche gegen den Antrieb wir kende Kräfte auftreten, da der innere Druck auf eine grössere Zylinderfläche wirken würde.
Es ergibt sich daher, dass bei dem beschriebenen Leistungsschalter die Druckdifferenz längs der öff- nung 24 schnell erreicht wird', während die Länge des Lichtbogens möglichst klein gehalten wird. Dar über hinaus wird auch die Masse der Teile klein gehalten, so dass der Antrieb verhältnismässig leicht ausgebildet werden kann.