DE1091658B

DE1091658B - Anordnung zur Ausloesung und Betaetigung einer Hochspannungsschalteinrichtung mit auf Hochspannungspotential befindlichem elektromechanischem Antrieb

Info

Publication number: DE1091658B
Application number: DES46891A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Kesselring
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-12-29
Filing date: 1955-12-29
Publication date: 1960-10-27
Also published as: FR1162870A; CH347871A

Description

DEUTSCHES

Hochleistungsschalter dienen im allgemeinen dazu, Betriebsströme, Überströme und Kurzschlußströme zu unterbrechen. Beim Unterbrechen von Betriebsströmen wird das Kommando von Hand gegeben, während in den beiden anderen Fällen das Auslösekommando selbsttätig von geeigneten Vorrichtungen erzeugt wird. In heutigen Netzen steigt der Kurzschlußstrom um etwa 10⁷ A/s, d. h. in 10~⁴ s bereits um etwa 1000 A, an. Hieraus folgt, daß bei der Betätigung eines Strombegrenzers mit der Einschaltung des Begrenzungswiderstands spätestens nach Ablauf von 1 bis 2· 10"⁴s begonnen werden muß, da anderenfalls die Widerstandseinschaltung große Schwierigkeiten bereiten würde und die Strombegrenzung nur noch unvollkommen zustande käme. Sofern derartige Schalter als Widerstandssynchronschalter verwendet werden, ist es andererseits wichtig, daß mit der Widerstandseinschaltung unmittelbar nach Durchlau fen des Stromnulldurchganges begonnen wird.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Betätigung von Hochspannungsschaltgeräten elektrodynamische Antriebssysteme zu verwenden, wobei die Kraft vom beweglichen Teil des elektrodynamischen Systems auf das unter Hochspannung stehende Schaltstück des Schalters durch eine Isolierstange oder ein isolierendes hydraulisches System übertragen wird. Bei Spannungen über 30 kV bringen aber beide Anordnungen bereits gewisse Verzögerungen mit sich, da die Masse der zu bewegenden Teile zu groß wird und außerdem die Laufzeit der Deformationswelle in der isolierenden Kraftübertragung Werte erreicht, die in die Größe der angestrebten Schaltzeiten von 1 bis 2 · 10~⁴ s kommen.

Es ist bekannt, Steuergeräte, Motoren oder sonstige Verbraucher, die als Niederspannungsgeräte auf unter Hochspannung stehenden Apparaten angeordnet sind, über Isoliertransformatoren zu speisen. Es ist ferner bekannt, mechanische Übertragungsorgane, wie Isolierwellen, die zur Überbrückung eines hohen Potentialunterschiedes dienen, innerhalb eines stützerartigen Isolierkörpers anzuordnen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Auslösung und Betätigung einer Hochspannungsschalteinrichtung mit auf Hochspannungspotential befindlichem elektromechanischem Antrieb, dem die elektrische Energie über einen Isolierwandler zugeführt wird. Die Erfindung besteht darin, daß der Antrieb ein elektrodynamisches System ist, das zusammen mit der Schaltstelle und dem Isolierwandler innerhalb eines stützerartigen Isolierkörpers untergebracht ist. Durch die Erfindung wird die Masse der zu bewegenden Teile der Anordnung im Grenzfall auf die Masse des eigentlichen Schaltstückes reduziert; gleichzeitig ergibt sich ein raumsparender und nach außen voll-Anordnung zur Auslösung und Betätigung einer Hochspannungsschalteinrichtung

mit auf Hochspannungspotential
befindlichem elektromechanischen! Antrieb

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Fritz Kesselring, Küsnacht, Zürich (Schweiz), ist als Erfinder genannt worden

ständig abgeschlossener Aufbau. Der Isolierwandler kann zugleich als Meßwandler ausgenutzt werden.

Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in Fig. 1 dargestellt, während Fig. 2 das zugehörige Schaltschema zeigt. In Fig. 1 bedeutet 1 einen Isolierkörper, beispielsweise aus Porzellan oder aus einem Gießharz, der an seinem oberen Ende die Stromanschlüsse 2 und 3 trägt. 4 und 5 sind die feststehenden Schaltstücke eines als Strombegrenzer ausgeführten Schaltgerätes. Das Schaltstück 4 ist von der Stromzuführung 2 durch eine Zwischenlage 6 isoliert. Die beweglichen Schaltstücke 7 und 8 sind als Ansätze an dem beweglichen Ring 9 des elektrodynamischen Systems ausgebildet. Die eine feststehende Spule 10 des elektrodynamischen Systems ist in einen Trägerkörper 11 eingegossen, der sich auf den Isolierkörper 1 abstützt. Die Spule 10 wird von der Sekundärwicklung 12 gespeist, die in bekannter Weise durch einen Papierwickel 13 vom Magnetkern 14 des Isolierwandlers isoliert ist. Ihre Enden sind einmal mit der Zuführung 2 und dem davon isolierten Schaltstück 4 verbunden, andererseits mit den feststehenden Spulen 10 und 15 des dynamischen Auslösers, wobei die Spule 15 in den Deckel 16 eingegossen ist (Einzelheiten s. Fig. 2). Die Enden der Niederspannungswicklung 17 sind über Durchführungen 18, 19, 20 in den unteren Hohlraum 21, der durch den Boden 39 gasdicht gegen den Hohlraum des Isolierkörpers 1 abgeschlossen ist, geführt, in dem beispielsweise ein

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Kondensator 22 sowie ein Ladegleichrichter 23 zur Speisung des elektrodynamischen Systems untergebracht sind. Andererseits sind die aus den Durchführungen 18 und 19 austretenden Leitungen zu Meßklemmen 24 und 25 geführt. Mit dem Ring 9 sind Schleifkontakte 30 und 31 verbunden, durch die die Widerstände 32 und 33 eingeschaltet werden. Der Ring 9 weist in seinem Innern eine Führungsbuchse 34 auf, die entlang der Führungsstange 35 gleitet. 36 ist eine Feder zur Gewährleistung des Kontaktdruckes im eingeschalteten Zustand, 37 eine Dichtung zwischen Gehäuse 1 und Deckel 16.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Im eingeschalteten Zustand des Strombegrenzers fließt der Strom vom Anschluß 2 über einen Teil der Wicklung 12, von da zurück nach dem feststehenden Schaltstück 4, dann über das bewegliche System 7, 9, 8 nach dem feststehenden Schaltstück 5 und von hier weiter zum Anschluß 3. Soll nun der Strombegrenzer ausgeschaltet werden, so wird der vorher über den Gleichrichter 23 (s. Fig. 2) aufgeladene Kondensator 22 über einen Teil der Primärwicklung 17, der über die Durchführungen 19, 20 herausgeführt ist, entladen. Der Stromimpuls überträgt sich auf die an Hochspannung liegende Spule 12, von der ein Teil unter Zwischenschaltung einer Gasfunkenstrecke 47 mit der feststehenden Spule 10 in Verbindung steht (s. Fig. 2). Die induzierte Spannung treibt im Ring 9 einen entgegengesetzt gerichteten Strom. Unter dem Einfluß der abstoßenden Kräfte zwischen Spule 10 und Ring 9 bewegt sich letzterer längs der Führungsstange 35 und entgegen der Wirkung der Feder 36 nach oben, wobei die Widerstände 32 und 33 über die federnden Kontakte 30 und 31 eingeschaltet werden. In der punktiert dargestellten Endstellung setzt sich das bewegliche System oberhalb der letzten Widerstandsstufe fest. Der Strom fließt jetzt vom Anschluß 2 über einen Teil der Wicklung 12 zum Schaltstück 4, hierauf über den Widerstand 32 zur Feder 30, über den Ring 9 zur Feder 31, dann über den Widerstand 33 zum Schaltstück 5 und von hier zum Anschluß 3.

Soll wieder eingeschaltet werden, so wird die Spule 15, die mit der Spule 10 parallel geschaltet ist, ebenfalls über den Isolierwandler erregt; es entsteht eine Kraft nach unten, und der Widerstand verringert sich, bis er nach Erreichen der gezeichneten Lage des Ringes 9 vollkommen überbrückt und damit der Einschaltvorgang vollzogen ist.

Zwecks möglichst guter innerer Isolation ist der Innenraum des Isolierkörpers 1 beispielsweise mit einem Druckgas 38 unter hohem Überdruck gefüllt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß in dem Innenraum vor Aufsetzen des Deckels 16 Kohlensäureschnee eingefüllt wird. Der hohe Druck gewährleistet einerseits eine sichere innere Isolation des Strombegrenzers, andererseits erleichtert er das Einschalten der Widerstände 32 und 33, da sich erfahrungsgemäß unter hohem Druck günstigere Überschaltbedingungen auf die einzelnen Widerstandsstufen ergeben. Um die Gasmenge zu verringern, ist es möglich, den Raum unterhalb der Schaltstelle, in der sich der Wandler und die untere feststehende Spule 10 befinden, zusätzlich mit einer körnigen Isoliermasse, beispielsweise Quarzsand, oder auch einem flüssigen oder plastischen Isoliermaterial zu füllen, so daß das Druckgas nur den eigentlichen Schaltraum füllt.

Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 1 besteht darin, daß in einem einzigen stützerartigen Isolierkörper ein vollwertiger Stromwandler kombiniert mit einem Isolierwandler sowie ein Strombegrenzer untergebracht sind. Sofern Bedenken bestehen, daß die Dichtung 37 nicht absolut sicher ist, kann das Gas 38 auch fortlaufend von unten durch ein Rohr zugeführt werden, das ähnlich wie die Durchführungen 18, 11, 20 gasdicht durch den unteren Boden 39 geführt wird. Zur Kontrolle der Schaltapparatur werden zunächst die Verschraubungen des Deckels 16 gelöst, beim Abheben dann der Ring 9 zusammen mit den Gleitkontakten 30, 31 und der Schaltfeder 36, der Führungsstange 35 und der feststehenden Spule 15 aus dem Gehäuse herausgehoben. Die Verbindung zwischen der Spule 15 und der Spule 10 wird zweckmäßig über Steckkontakte 41, 42 (s. Fig. 2) hergestellt, die mit Vorteil in der zur Schnittebene senkrechten Ebene angeordnet werden.

Die Aufladung des Kondensators 22, der sich beim Ein- und Ausschalten über die Funkenstrecke 43 und einen Teil der Primärwicklung 17 entlädt, erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines Transformators 44 über eine Gleichrichtersäule 23 und einen Ladewiderstand 45. An die Meßklemmen 24,25 können Meß- und Überwachungseinrichtungen 46 angeschlossen werden. Der Aufbau des Schaltgerätes nach Fig. 1 entspricht im wesentlichen dem eines Stützerstromwandlers. Es ist aber ebensogut möglich, ein derartiges Gerät in der Form eines Topfstromwandlers auszubilden, wobei der Isolierwandler in einem metallischen Gefäß unterhalb des Isolierkörpers 1, der dann entsprechend schlanker ausgeführt sein kann, untergebracht ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Auslösung und Betätigung einer Hochspannungsschalteinrichtung mit auf Hochspannungspotential befindlichem elektromechanischen! Antrieb, dem die elektrische Energie über einen Isolierwandler zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein elektrodynamisches System ist, das zusammen mit der Schaltstelle und dem Isolierwandler innerhalb eines stützerartigen Isolierkörpers untergebracht ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern des Isolierwandlers zugleich als Meßwandlerkern dient.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle mit dem Antriebssystem im Kopf und der Isolierwandler im zylindrischen Hohlraum des Isolierkörpers angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum für die Schaltstelle und der Raum für den Isolierwandler miteinander verbunden sind und mindestens teilweise ein unter Überdruck stehendes Gas enthalten.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierwandler von einer körnigen Isoliermasse umgeben ist.

O.Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume zwischen der körnigen Isoliermasse mit einem Druckgas gefüllt sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle zur Speisung des elektrodynamischen Antriebssystems im Fuß des Isolierkörpers untergebracht ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstelle mit dem Antriebssystem im Kopf des Isolierkörpers und der Isolierwandler in einem unter dem Isolierkörper angebrachten metallischen Topf angeordnet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierwandler in eine Isoliermasse eingebettet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 3 oder 8 als Strombegrenzer ausgebildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungswiderstände ebenfalls im Kopf des Isolierkörpers angeordnet sind

und durch das elektrodynamische Antriebssystem zu- und abgeschaltet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 913 928, 726 793, 704708;

französische Patentschrift Nr. 837 316.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen