DE1015891B

DE1015891B - Schubtrennschalter fuer hohe Stromstaerken

Info

Publication number: DE1015891B
Application number: DED14547A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Becker; Hans Emmerich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-03-11
Filing date: 1953-03-11
Publication date: 1957-09-19

Description

Wechselströme haben bekanntlich die ungünstige Eigenschaft, sich entsprechend dem sogenannten Skin-Effekt in einer Weise ungleichmäßig über die Leiterquerschnitte zu verteilen, daß es schwierig ist, die Stromverteilung durch Versuche oder rechnerisch einigermaßen zutreffend zu ermitteln. Dieser Skin-Effekt macht sich auch bei den verhältnismäßig niedrigen Frequenzen der Starkstromtechnik störend bemerkbar, so daß oberhalb von Stromstärken in der Größenordnung einiger Kiloampere die Verwendung von Flachschienen aus Kupfer oder Aluminium unwirtschaftlich wird. Man verwendet daher in solchen Fällen paarweise zu einem Hohlkörper vereinigte U-Profil-Schienen, die sich elektrodynamisch wie ein Hohlleiter verhalten. Dabei wählt man in der Regel eine symmetrische Anordnung mehrerer zu einem Stromkreis gehöriger Leiter zueinander, bei der diese nicht in einer Ebene, sondern beispielsweise im Zuge der Kanten eines Dreikants angeordnet sind, da die Stromdichte nicht nur vom Eigenfeld des Leiters, sondern auch vom Feld der benachbarten Leiter, also bei einem Dreiphasensystem für jeden Leiter auch von dem der beiden anderen Leiter abhängt. Die Dreieckanordnung der Leiter hat sich als besonders günstig erwiesen.

Anlagen mit den erwähnten hohen Nennströmen haben auch entsprechend hohe Kurzschlußströme. Diesem Umstand sucht man dadurch zu begegnen, daß die U-Profil-Schienen statt — wie sonst üblich — auf Stützisolatoren in Hartpapierplatten befestigt werden, die in das Schaltgerüst eingebaut sind und die gegenseitigen Kräfte aufnehmen.

Bei der beschriebenen Ausbildung und Anordnung der Leiter und ihrer Isolierträger ist es aber sehr schwierig, geeignete Trennschalter zu schaffen. Insbesondere bei den bekannten Trennschaltern mit mehreren zum Ausschalten aufklappbaren Messern macht sich die Stromverdrängung besonders ungünstig bemerkbar, weil die Einzelmesser in ihrem Querschnitt ungleichmäßig verteilte Ströme führen und daher überdimensioniert werden müssen. Außerdem lassen sich solche Trennschalter bei der Dreieckanordnung der Leiter überhaupt nicht verwenden, weil nicht genügend Raum für die ausschlagenden Messer vorhanden ist. Aus diesem Grunde mußten bisher die Leiter in umständlicher Weise so ausgeführt werden, daß sie innerhalb der Trennschalterzelle in einer Ebene liegen.

Um die erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden, hat man bereits Trennschalter für hohe Stromstärken als Schubtrennschalter ausgeführt, bei denen ein hohles Verbindungsstück in eine der als Hohlleiter ausgebildeten Stromzuleitungen riegelartig einziehbar ist. Die Betätigung der bekannten Schubtrennschalter

Schubtrennschalter für hohe Stromstärken

Anmelder:
Fritz Driescher,

Spezialfabrik für Elektrizitätswerks-Bedarf, Rheydt (RhId.), Schwalmstr. 204

Wilhelm Becker, Hagen (Westf.),

und Hans Emmerich, Giesenkirchen bei Rheydt (RhId.), sind als Erfinder genannt worden

ao erfolgt über Gestänge, die mittels eines schwenkbar angeordneten Isolators verstellt werden können. Solche Betätigungsvorrichtungen erfordern viel Raum und sind insbesondere dann nicht recht geeignet, wenn es sich darum handelt, in einen Zug von in gegebenem Abstand voneinander verlegten Hohlleitern nachträglich Trennschalter einzubauen.

Es ist ferner ein Schubtrennschalter für hohe Stromstärken bekannt, bei dem jede Strombahn in mehrere Einzelleiter unterteilt und eine gleichmäßige Stromverteilung auf die Einzelleiter dadurch erreicht ist, daß die parallelen Leiter oder Trennmesser über eine ellipsen- oder kreisförmige oder ähnliche Kurve verteilt einander zugeordnet sind. Die Trennmesser sind bei dem bekannten Schalter für jede Strombahn auf einem gemeinsamen Träger angeordnet, der in Richtung auf die Gegenkontakte verschiebbar ist. Als Antrieb für den bekannten Schubtrennschalter ist ein wechselseitig mitDruckmittel beaufschlagbarer Kolben vorgesehen, dessen Kolbenstange innerhalb derStromzuleitung ortsfest gehalten ist und dessen Zylinder den Träger der zahlreichen Trennmesser bildet. Die Druckmittelzuleitungen sind bei diesem Antrieb durch die Kolbenstange hindurchgeführt. Dieser bekannte Schubtrennschalter weist zwar den Vorteil eines sehr günstigen und wenig Raum beanspruchenden Antriebes auf; er ist aber für die nachträgliche Einschaltung in bereits bestehende Stromleitungen, die als Hohlleiter ausgebildet sind, deshalb nicht geeignet, weil sich zur Erzielung der erforderlichen Leitungsquerschnitte bei ihm eine sehr große Anzahl von Trennmessern und damit ein; großer Durchmesser der Kurve, auf der die Trennrriesser verteilt angeordnet sind, ergibt und daher ein zu großer Raumbedarf

■ entsteht. . ^;

705 647/301

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Schubtrennschalter für hohe Stromstärken mit als Hohlleiter ausgebildeten Stromzuleitungen und einem hohlen, in eine der Stromzuleitungen riegelartig einziehbaren Verbindungsstück. Sie erreicht -eine raumsparende und den nachträglichen Einbau in bestehende Hohlleiteranlagen ermöglichende Bauart dadurch, daß das Verbindungsstück als Zylinder für einen mit einem Druckmittel wechselseitig beaufschlagbaren feststehenden Kolben ausgebildet ist, dessen Kolbenstange in an sich bekannter Weise innerhalb der Stromzuleitung ortsfest gehalten ist, wobei die Drückmittelzuleitungen in bekannter Weise durch die Kolbenstange hindurchgeführt sind.

Gemäß der Erfindung wird also der Zylinder des Druckmittelantriebes selbst als Verbindungsstück benutzt, so daß gegenüber der erwähnten bekannten Ausführung eine erhebliche Material- und Gewichtsersparnis erzielt wird. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn man berücksichtigt, daß Hochstromschalter im allgemeinen zwei oder auch drei Trennstellen aufweisen und die Vorteile der Erfindung bei jeder Trennstelle erzielt werden. Die Erfindung bringt außerdem noch folgende beachtlichen Vorteile mit sich:

Zunächst ergibt sie eine besonders günstige Materialausnutzung bezüglich des schon erwähnten Skin-Effektes, sodann die Möglichkeit einer beliebigen Anordnung der Leitungsführung, ferner eine sehr einfache Montage des oder der Schalter ohne Umbau der Leitungsführung. Da der neue Trennschalter keinen zusätzlichen Platz beansprucht, ist er leicht in vorhandene Anlagen einzubauen. Auch ergeben sich durch seinen symmetrischen Aufbau und den erzielbaren hohen Kontaktdruck eine gleichmäßige Stromdichte sowie sehr geringe Übergangswiderstände, wobei sekundäre Stromwege über Federn vermieden werden, so daß diese selbst im Falle eines Kurzschlusses nicht ausglühen können. Hervorzuheben ist noch der Umstand, daß infolge der großen Zahl gleichartiger Bauelemente des neuen Schalters sich eine ungewöhnlich wirtschaftliche Fertigung ergibt. Ebenso bedeutsam ist die Möglichkeit eines selbsttätigen Längenausgleichs bei Wärmedehnung der Hohlleiter und schließlich eine höchste dynamische Festigkeit des neuen Trennschalters, da die Stromkräfte radial nach innen gerichtet sind. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

In der Zeichnung ist der neue Trennschalter in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Schalteranlage in senkrechtem Längsschnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie A-B der Fig. 1,

Fig. 3 einen einzelnen Trennschalter in vergrößerter Darstellung im Längsschnitt und Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie C-D der Fig. 3.

Nach Fig. 1 und 2 sind in einem Schaltergerüst 1 drei aus paarweise zusammengesetzten U-Schienen bestehende Hohlleiter 1, Z, 4 in Dreieckanordnung eingebaut. Die Schaltzelle, in der die jeweils koaxial zueinander liegenden Enden der Hohlleiter in einem dem Schaltweg entsprechenden Abstand voneinander liegen, wird von im Schaltgerüst befestigten Hartpapiertafeln 5, 6 begrenz^ in denen die Hohlleiter mittels Flanschringen 7, 8 gehalten sind. Durch diese werden die beim Schalten auftretenden axialen Kräfte über die Wände 5, 6 auf das Schaltergerüst 1 übertragen, während die quer gerichteten Schubkräfte von den Wänden 5, 6 selbst aufgenommen werden.

-Auf die einander zugekehrten Hohlleiterenden sind Kontaktköpfe 9,10 aufgesetzt, deren Schaft an der Außenseite dem quadratischen Querschnitt der Hohlleiter angepaßt, an der Innenseite dagegen zylindrisch rund- ist. In diese Kontaktköpfe ist der hohle, zylindrische Schaltstift 11 längs verschiebbar eingesetzt. Er ist als Druckmittelzylinder ausgebildet und nimmt in der Zone des einen Kontaktkopfes 9 einen feststehenden Kolben 12 auf, dessen Kolbenstange dicht durch den Zylinderdeckel 13 hindurchgeführt und im Innern des Hohlleiters 2 in einer ortsfesten Lagerung 14 gehalten ist. Die Kolbenstange besteht aus zwei mit Abstand konzentrisch ineinandersteckenden Rohren 15,16, von denen das innere Rohr durch den Kolben 12 hindurchgeführt ist, während das äußere Rohr vor dem Kolben liegende Durchlaßöffnungen 17 aufweist. Innerhalb der ortsfesten Lagerung 14 sind die von den Rohren 15,16 umschlossenen Hohlräume'njit die Wand des Hohlleiters 2 durchsetzenden Zu- und Abflußleitungen 18,19 verbunden, die über Isolierrohre oder -schläuche 20, 21 an die Zufuhrleitung 22 für das Druckmittel, vorzugsweise für Druckluft, angeschlossen sind. Absperrventile 23, 24 regeln die Zu- und Abführung des Druckmittels.

Für den Stromübergang zwischen den Hohlleitern und dem Schaltstift 11 ist in den Kontaktköpfen 9,10 eine Vielzahl von in einem oder mehreren Kreisringen verteilten, radial liegenden und durch Federn 25 gegen den Schaltstift gedrückten Kontaktstiften 26 angeordnet. Diese sind reihenweise mittels flexibler Bänder 27 mit den Kontaktköpfen 9, 10 leitend verbunden, während sich die Federn 25 über Isolierstreifen 28 gegen Haltebügel 29 abstützen.

In Fig. 1 befindet sich der obere Schaltstift 11 in Einschaltstellung, dagegen der untere Schaltstift 11 in Ausschaltstellung, in der er riegelartig in den einen der Hohlleiter 4 eingezogen ist. Wird beispielsweise in der Einschaltstellung des Schaltstiftes 11 nach Fig. 3 in das äußere Rohr 16 der Kolbenstange Druckluft od. dgl. eingeführt, dann tritt diese durch die Öffnungen 17 zwischen den Kolben 12 und den Zylinderdeckel 13 und drückt den Schaltstift 11 nach links in die Ausschaltstellung, wobei die vor dem Kolben 12 anstehende Druckluft durch das innere Rohr 15 der Kolbenstange und die Leitungen 18, 20 über das auf Auslaß gestellte Ventil 23 entweichen kann. Bei Einstellung dieses Ventils auf Einlaß der Druckluft und des Ventils 24 auf Auslaß findet der umgekehrte Vorgang, also das Einschalten des Schaltstiftes 11 statt.

An der ortsfesten Lagerung 14 im Hohlleiter 2 ist gemäß Fig. 3 noch ein Zahnstangentrieb 30, 31 vorgesehen, durch den beim Ausbleiben der Druckluft der Schaltstift 11 auch von Hand, ζ. Β. mittels einer nicht gezeichneten auf den Lagerzapfen 33 aufsteckbaren Isolierkurbel verschoben werden kann. Die mit dem Kolben 12 verbundene Zahnstange 31 wird durch eine Rolle 32 im Eingriff mit dem Zahnritzel 30 gehalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Schubtrennschalter für hohe Stromstärken, mit als Hohlleiter ausgebildeten Stromzuleitungen und einem hohlen, in eine der Stromzuleitungen riegelartig einziehbaren Verbindungsstück, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück als Zylinder (11) für einen mit einem Druckmittel wechselseitig beaufschlagbaren feststehenden Kolben (12) ausgebildet ist, dessen Kolbenstange (15,16) in an sich bekannter Weise inner-

halb der Stromzuleitung (2) ortsfest gehalten ist, wobei die Druckmittelzuleitungen in bekannter Weise durch die Kolbenstange hindurchgeführt sind.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Enden der Hohlleiter (2, 3, 4) Kontaktköpfe (9,10) aufgesetzt sind, deren Schaft außen dem z. B. quadratischen Querschnitt der Hohlleiter, innen dagegen dem z. B. runden Querschnitt des Schaltstiftes (11) angepaßt ist.

3. Trennschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange aus zwei mit Abstand konzentrisch ineinandersteckenden Rohren (15,16) besteht, wobei das innere Rohr durch den Kolben (12) hindurchgeführt ist, während das äußere Rohr vor dem Kolben

liegende Durchlaßöffnungen (17) aufweist und die die Kolbenstange (15, 16) im Hohlleiter (2) haltende ortsfeste Lagerung (14) mit von außen zu den Hohlräumen der Rohre (15,16) führenden Zu- und Ableitungen (18 bis 21) versehen ist.

4. Trennschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der ortsfesten Lagerung (14) im Hohlleiter (2) ein notfalls von Hand zu betätigender Zahnstangentrieb (30, 31) zum Verschieben des Schaltstifts (11) vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 610 740, 636 024, 15 676 350;

USA.-Patentschriften Nr. 2 179 636, 2 229 006,
517 435.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen