DE1102860B

DE1102860B - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE1102860B
Application number: DEW24846A
Authority: DE
Inventors: Charles F Cromer
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1958-01-30
Filing date: 1959-01-16
Publication date: 1961-03-23
Also published as: CH367227A; US2913559A; FR1221919A

Description

Die Erfindung betrifft Leistungsschalter, bei denen der Lichtbogen durch die Strömung eines Löschmittels ausgelöscht wird, das in einer besonderen Verdichtungseinrichtung während des Ausschaltvorganges komprimiert wird. Es ist bekannt, zur Verdichtung des Löschmittels Kolbenanordnungen zu verwenden, die das Löschmittel in einem Zylinder zusammenpressen und durch eine Düsenanordnung auf den sich verlängernden Lichtbogen drücken. Die Düsenanordnung ist mit dem beweglichen Schaltstück verbunden. Bei derartigen Einrichtungen kann der Kolben oder der Zylinder beweglich angeordnet sein.

Weiterhin ist es bekannt, bei einem Leistungstrennschalter sowohl den Kolben als auch den Zylinder zur Verdichtung des Löschmittels gegeneinander zu bewegen und gleichzeitig die gesamte Verdichtungseinrichtung mit dem Trennarm des Schalters auszuschwenken. Gegenüber Anordnungen, bei denen nur Kolben oder Zylinder beweglich angeordnet ist, erreicht man dadurch eine etwas schnellere Verdichtung des Löschmittels. Jedoch hat die Einrichtung den Nachteil, daß die gesamte Verdichtungseinrichtung eine Schwenkbewegung vollführt und dabei Wege zurücklegt, die wesentlich größer sind als der Kolbenhub selbst.

Ziel der Erfindung ist es, eine Verdichtungseinrichtung zu schaffen, bei der die Verdichtung des Löschmittels wesentlich schneller und mit geringerem Kräfteaufwand als bei den bekannten Einrichtungen erfolgt.

Dies wird dadurch erreicht, daß bei einem elektrischen Schalter eine auf den Ausschaltlichtbogen gerichtete Strömung eines Löschmittels, vorzugsweise eines Gases, wie SF₆ oder/und SeF₆, durch eine aus einem in Richtung der Schaltbewegung geradlinig beweglich angeordneten Zylinder und einem ebenfalls geradlinig beweglichen Kolben bestehende und mit dem beweglichen Schaltkontakt verbundene Verdichtungseinrichtung hervorgerufen wird. Erfindungsgemäß werden beim Ausschalten Kolben und Zylinder der Verdichtungseinrichtung zunächst gegenläufig bewegt und dann gemeinsam in der Ausschaltrichtung des beweglichen Schaltkontaktes weiterbewegt. Durch die Gegenläufigkeit der Bewegungen wird das Löschmittel in dem Zylinder sehr schnell verdichtet. Beim Ausströmen wird es mittels einer Düsenanordnung direkt auf den Lichtbogen gerichtet. Daher kann die Länge des Lichtbogens möglichst klein gehalten werden. Durch die Geradlinigkeit der Bewegungen werden seitliche Geschwindigkeitskomponenten vermieden, welche die zur Erreichung einer bestimmten Austrittsgeschwindigkeit des Löschmittels notwendige Energie vergrößern würden. Durch das am Ende der Ausschaltbewegung erzielte Umwandeln der gegenläufigen Leistungsschalter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. P. Ohrt, Patentanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Januar 1958

Charles F. Cromer, Trafford, Pa. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Bewegung von Kolben und Zylinder in der Löscheinrichtung zu einer gemeinsamen Bewegung in Ausschaltrichtung wird die isolierende Trennstrecke zwischen den Schaltstücken wesentlich vergrößert.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen, in denen

Fig. 1 einen Seitenriß eines Leistungsschalters zeigt, bei dem die Grundsätze der Erfindung verwirklicht sind. Die Schaltstückanordnung ist in der Einschaltstellung dargestellt.

Fig. 2 ist ein beträchtlich vergrößerter Vertikalschnitt durch eine der Lichtbogenlöscheinrichtungen des Leistungsschalters nach Fig. 1. Ein Teil der Antriebseinrichtung ist dabei herausgebrochen dargestellt, um die Wirkungsweise darzustellen. Die Schaltstückanordnung ist teilweise geöffnet.

Fig. 3 zeigt einen abgeänderten Hydraulikantrieb, bei dem sich ein Kolben, der die Düse und das bewegliche Schaltstück trägt, im Innern eines Verdichtungszylinders bewegt.

In den Figuren ist mit 1 ein Leistungsschalter mit einer Löschmittelströmung bezeichnet. Der Schalter umfaßt zwei in Reihe liegende Lichtbogenlöscheinrichtungen 2, 3, die sich von einem zwischen ihnen angeordneten Antriebsgehäuse 4 horizontal nach den Seiten erstrecken. Das Antriebsgehäuse 4 ist am oberen Ende einer Isolatorsäule 5 angeordnet. Die Isolatorsäule wird von einem unteren Antriebsgehäuse 6 ge-

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tragen. Das Antriebsgehäuse 6 ist auf einem Betonfundament 7 befestigt. Leitungsanschlüsse 8 und 9 dienen zur Verbindung 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.

In 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 angeordnet» das mit einem beweglichen Schaltstück 15 zusammenwirkt. Die Schaltstücke 14 und 15 werden beim Ausschalten voneinander getrennt, so daß ein Lichtbogen 16 zwischen ihnen gezogen wird.

Zur Löschung des Lichtbogens 16 ist eine als Ganzes mit 17 bezeichnete Löscheinrichtung vorgesehen. Sie besteht aus einem beweglichen Verdichtungszylinder 18 und einem in seinem Innern angeordneten ringförmigen Kolben 19. Diese Teile sind so angeordnet, daß beim Ausschalten des Leistungsschalters der bewegliche Verdichtungszylinder 18 und der ringförmige, in dessen Innerem angeordnete Kolben 19 in entgegengesetzte Richtungen bewegt werden. Dadurch wird eine sehr schnelle Verdichtung des Löschmittels 20 im Raum 21 im Innern des Verdichtungszylinders 18 erreicht. Das Löschmittel 20 kann entweder gasförmig oder flüssig sein. Zum Zwecke der Erläuterung wird angenommen, daß es ein schweres Gas, z. B. Schwefelhexafluorid (SF₆) oder Selenhexafluorid (SeF₆) 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 dielektrische Festigkeit und können die Spannung in der Ausschaltstellung des Schalters halten.

Verbunden mit dem beweglichen Verdichtungszylinder 18 ist eine Düsenanordnung, die als Ganzes mit 22 bezeichnet ist. Sie besteht aus einem ringförmigen Düsenteil 23 mit einer öffnung 24 darin. Wie Fig. 2 zeigt, wird der Lichtbogen vorzugsweise innerhalb der Öffnung 24 der Düsenanordnung 23 gezogen. Der ringförmige Düsenteil 23 ist über einen Flanschteil 25 fest mit dem beweglichen Verdichtungszylinder 18 verbunden. Zum Befestigen des Flanschteiles 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 Düsenteiles 23 austreten kann, um die Löschung des Lichtbogens 16 zu bewirken. Die Pfeile 29 zeigen die Richtung des Gasstromes. ITm den Verdichtungszylinder 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 besteht aus zwei Schiebern 34, 35, die durch eine Stange 36 verbunden sind. Das rechte Ende der Stange 36 ist mit zwei Ankern 37, 38 versehen, die mit Abstand voneinander 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 40 sind nicht dargestellt. Sie können irgendwie geeignet ausgeführt sein und bilden keinen Teil der Erfindung.

Ein Hydraulikspeicher 41 ist oberhalb des Antriebsgehäuses 4 angeordnet und über eine Leitung 42 mit dem Ventil 33 verbunden. Als Hydraulikflüssigkeit dient vorzugsweise Öl 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

ίο irgendeine geeignete Einrichtung dienen, wie sie z. B. bereits früher beschrieben wurde. Die Nachfülleinrichtung ist der besseren Übersichtlichkeit wegen in den Figuren nicht dargestellt.

Wie vorher ausgeführt -wurde, sind zwei Lichtbogenlöscheinrichtungen in Reihe geschaltet. Ein Antriebskolben 31' ist mit dem linken Ende der Kolbenstange 30' verbunden, die die Schaltstückanordnung der rechts liegenden, nicht dargestellten Lichtbogenlöscheinrichtung antreibt. Wie sich ohne weiteres ergibt, öffnen und schließen die beiden Lichtbogenlöschein- _ richtungen 2, 3 gleichzeitig, da die beiden Einrichtungen 2, 3 durch das gleiche Ventil 33 gesteuert werden. Da die rechte Lichtbogenlöscheinrichtung 3 der linken Lichtbogenlöscheinrichtung 2 genau entspricht, wurde sie in Fig. 2 der Einfachheit halber weggelassen.

Um das bewegliche Schaltstück 15 vom feststehenden Schaltstück 14 zu entfernen, wird die Einschaltspule 39 durch geeignete, nicht dargestellte Mittel 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 Zylinders 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 gegeneinander bis zu einem ringförmigen flexiblen Anschlag 50 in die völlig geöffnete Stellung. Währenddessen 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 dargestellte Mittel erregt. Durch geeignete, dem Fachmann bekannte Mittel wird bei der Erregung der Einschaltspule 40 gleichzeitig die Entregung der Ausschaltspule 39 bewirkt, so daß die beiden Spulen nicht gegeneinander wirken können. Durch die Erregung der Einschaltspule 40 wird der Anker 38 angezogen und die Stange 36 nach rechts bewegt. Die Schieber 34, 35 gelangen in die gestrichelt gezeichneten Stellungen 34', 35'. In diesen Stellungen der Schieber ist die vom Speicher 41 kommende Druckleitung 42 mit der Leitung 52 verbunden, die in den Raum 51 zwischen den beiden Kolben 31, 31' führt.

Die Drucksteigerung im Raum 51 zwischen beiden Kolben 31, 31' bewirkt, daß sich die Kolben in entgegengesetzte Richtungen voneinander wegbewegen. Währenddessen sind die Räume 48, 49 vor den Kolben 31 bzw. 31' durch Leitungen 46, 47 und 45 mit der unter geringem Druck stehenden Leitung 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 dargestellten Stumpf, der unter geringem Druck steht. Beim Ausschalten bewegt sich der mit dem beweglichen Schaltstück 15 ver-

bundene Verdichtungszylinder 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 Öffnungen 28 in der Zylinderstirnwand 27 ausgestoßen und bewirkt die Löschung des Lichtbogens 16 in der Düsenöffnung 24. Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß gleichzeitig mit der nach rechts verlaufenden Bewegung des Verdichtungszylinders 18 der ringförmige Kolben 19 nach links bewegt wird. Als Folge dieser beiden Bewegun- ίο gen des Verdichtungszylinders 18 und des ringförmigen 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 angeordnet ist. Der Zylinder ist in 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 61 α 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 Verdichtungseinrichtung 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. Infolgedessen hört die Druckbewegung der Kolben 64 auf. Die Stirnwand 27 des Zylinders 18 kann dann den ringförmigen Kolben auffangen und in die Endlage zurückführen, die in Fig. 2 in ausgezogenen Linien dargestellt ist. Auf diese Weise wird die isolierende 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 mitgenommen. 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 Druckmittel 62 lediglich von der Vorderseite längs der Außenfläche des Kolbens 56 durch den Raum 67 auf die Rückseite des Kolbens 56. Wenn der Kolben 56 die Stelle 68 am Ende des vergrößerten Raumes 67 erreicht, wird bei der weiteren Bewegung der Kolbenstange 30 und des Kolbens 56 das Druckmittel im Raum 62 zusammengedrückt. Der dabei entstehende Druck im Raum 69 öffnet ein oder mehrere Rückschlagventile 70, von denen nur eins dargestellt 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 rückwärtigen Lage.

Um den Stoß des Druckmittels 62 beim Ausschalten und Einschalten aufzufangen, ist es zweckmäßig, einen HilfsSpeicher vorzusehen, der als Ganzes mit 72 bezeichnet ist und der mit dem abgeschlossenen 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 stehenden 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 30 mit dem Hydraulikkolben 56' angetrieben. Der Kolben 19' bewegt sich im Innern eines beweglichen Verdichtungszylinders 18'. Dieser wird durch Antriebsstangen 66 bewegt,, die" mit Kolben 64' fest verbunden sind. Die Wirkungsweise der Antriebsanordnung 78 ist gleich der in Fig. 2 dargestellten. Es wurden lediglich einige Teile vertauscht, d. h., der ringförmige Kolben 19 der Fig. 2 tritt an die Stelle des Verdichtungszylinders der Anordnung nach Fig." 3. Der Verdichtungszylinder 18 der Fig. 2 wird bei der Anordnung nach Fig. 3 durch die Kolbenstangen 66 in der gleichen Weise betätigt, wie das im Zusammenhang mit Fig. 2 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 zurückgezogen wird, wie dies bei der Anordnung nach Fig. 2 der Fall war, ist es zweckmäßig, zum Erreichen einer angemessenen Trennstrecke in der Ausschaltstellung den Verdichtungszylinder 18' und den Kolben 19' aus Isoliermaterial herzustellen. Bei gewissen Anwendungen ist allerdings kein Isoliermaterial erforderlich, und der Kolben 19' und der Verdichtungszylinder 18' können in diesen Fällen aus Metall hergestellt werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß ein verbesserter Schalter vorgesehen wurde, der das Löschmittel beim Abschalten unter Druck setzt. Im allgemeinen besitzen diese Schalter entweder einen beweglichen Kolben und einen feststehenden Zylinder oder einen beweglichen Zylinder und einen feststehenden Kolben als Verdichtungseinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, bei dem ein beweglicher Zylinder 18 durch eine Stange 30 über einen festen Kolben 19 zurückgezogen wird. Das im Raum 21 zusammengedrückte Gas wird durch öffnungen 28 und von dort durch die Düsenöffnung 24 ausgestoßen, damit es den Lichtbogen löschen kann.

Es wurde festgestellt, daß für einen bestimmten abzuschaltenden Strom eine gewisse Druckdifferenz längs der Düsenöffnung herrschen muß, wenn die Abschaltung erreicht werden soll. Diese Druckdifferenz 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.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter, bei dem eine auf den Ausschaltlichtbogen gerichtete Strömung eines Löschmittels, vorzugsweise eines Gases, wie SF₆ oder/und SeF₀, durch eine aus einem in Richtung der Schaltbewegung geradlinig beweglich angeordneten Zylinder und einem ebenfalls geradlinig beweglichen Kolben bestehende und mit dem beweglichen Schaltkontakt verbundene Verdichtungseinrichtung hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausschalten Kolben und Zylinder der Verdichtungseinrichtung zunächst gegenläufig bewegt und dann gemeinsam in der

Ausschaltrichtung des beweglichen Schaltkontaktes weiterbewegt werden.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrung der Bewegungsrichtung über ein Zwischenglied erfolgt.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglied als in sich geschlossenes Hydrauliksystem mit gegenläufig bewegbaren Kolben ausgebildet ist.

4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem einen Teil der Umkehreinrichtung die Antriebsstange unmittelbar verbunden ist, die den einen Kolben trägt, während der andere Teil der Umkehreinrichtung mit dem anderen Kolben verbunden ist.

5. Elektrischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Hydrauliksystem parallel zu den Zylindern für die Kolben ein mit Rückschlagventilen versehener Nebenweg vorgesehen ist.

6. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder für den mit der Antriebsstange verbundenen Kolben auf einem Teil seiner Länge einen größeren Querschnitt als der Kolben besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 762 613;
französische Patentschrift Nr. 811 554.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen