DE1130028B - Kompressionsschalter - Google Patents

Description

Bei Druckgasschaltern, bei denen der Lichtbogen durch Druckluft gelöscht wird, die der Schaltkammer zugeführt wird, hat man das feststehende Schaltstück an einem Differentialkolben befestigt, der in der Schaltkammer gleiten kann. Man wollte dadurch erreichen, daß der Abstand zwischen dem feststehenden und dem beweglichen Schaltstück bei stromstarken Lichtbögen nicht zu groß wird, um die Lichtbogenarbeit klein zu halten. Bei diesen Lichtbögen sollte der Kolben und damit das feststehende Schaltstück unter der Einwirkung der erhitzten Gase in der Schaltkammer dem beweglichen Schaltstück folgen und den Abstand zwischen den Schaltstücken verringern. Eine durch die Kolbenbewegung hervorgerufene nennenswerte Löschmittelströmung konnte sich dabei im Vergleich zu der Löschwirkung der zugeführten Druckluft nicht ausbilden.

Es ist ferner bei Flüssigkeitsschaltern bekannt, Differentialkolben zu verwenden, um das flüssige Löschmittel gegen den Lichtbogen zu treiben. Einen dieser Schalter hat man auch bereits so ausgeführt, daß der Differentialkolben mit dem beweglichen Schaltstück bei Beginn des Ausschaltvorganges verbunden ist. Dadurch soll erreicht werden, daß der Kolben bei Beginn der Schaltbewegung die gleiche Geschwindigkeit wie der Schaltstift erreicht, damit eine kräftige Spülung gesichert ist. Nach der Löschung soll die Verbindung zwischen dem Differentialkolben und dem Schaltstück gelöst werden, damit sich das Schaltstück von dem Differentialkolben weg in eine Trennstellung bewegen kann. Beim Einschalten verläuft der Kupplungsvorgang zwischen dem beweglichen Schaltstück und dem Differentialkolben umgekehrt. Zunächst bewegt sich der Schaltstift unabhängig vom Kolben. In der Nähe der Einschaltstellung wird dann der Kolben mitgenommen.

Die Erfindung betrifft einen Kompressionsschalter mit einem gasförmigen Löschmittel, vorzugsweise Schwefelhexafluorid, und einen mit dem beweglichen Schaltstück verbundenen Differentialkolben, dessen größere Kolbenfläche von dem im Lichtbogen erhitzten Löschgas beaufschlagt wird, während mit seiner kleineren Kolbenfläche in einem Zylinder befindliches Löschgas komprimiert und gegen den Lichtbogen gedrückt wird.

Im Gegensatz zu dem vorgenannten Schalter wird bei der Erfindung der Kolben beim Ausschalten mit dem beweglichen Schaltstück mit Hilfe einer Totgangverbindung erst nach einer bestimmten Bewegung des beweglichen Schaltstückes gekoppelt. Dies hat folgenden Vorteil:

Beim Ausschalten ist zunächst nur das bewegliche Schaltstück allein zu beschleunigen, nicht aber der im Kompressionsschalter

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 7. März 1958 (Nr. 719 892)

Winthrop M. Leeds, Forest Hills, Pittsburgh, Pa.

(V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

Verhältnis zu diesem große und schwere Kolben. Deshalb beginnt die Ausschaltbewegung mit einer großen Geschwindigkeit. Eine Löschmittelströmung tritt dabei noch nicht auf. Sie könnte wegen des geringen Schaltstückabstandes zunächst ohnehin keine sichere Löschung des Ausschaltlichtbogens ergeben. Erst nach dem Durchlaufen einer bestimmten Strecke, also beispielsweise dann, wenn der Abstand zwischen den Schaltstücken gleich der minimalen Lösohdistanz ist, wird der Kolben mitgenommen, so daß sich eine Löschmittelströmung ergibt. Dadurch wird unter Umständen die Schaltstückgeschwindigkeit wieder etwas verringert. Dies ist aber nach Erreichen der minimalen Löschdistanz vielfach deswegen erwünscht, damit die Lichtbogenlänge und damit auch die Lichtbogenarbeit nicht unnötig groß wird.

Bei dem bekannten Flüssigkeitsschalter muß dagegen beim Ausschalten nicht nur das bewegliche Schaltstück, sondern zugleich auch der Kolben beschleunigt werden. Bei der Kontakttrennung ist deshalb nur eine geringe Geschwindigkeit vorhanden. Daraus ergibt sich ein starker Abbrand der Schaltstücke, bevor der Lichtbogen überhaupt gelöscht werden kann.

Die Erfindung kann beispielsweise so verwirklicht werden, daß der Differentialkolben auf dem beweglichen Schaltstück in dessen Bewegungsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Die Länge der Relativbewe-

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gimg zwischen Kolben und Schaltstück kann durch zwei Anschläge auf einen kleineren Wert als den Schalthub des beweglichen Schaltstückes begrenzt werden. Bei dieser Anordnung besteht ferner die Möglichkeit, das bewegliche Schaltstück mit Bohrungen zu versehen, die den auf der größeren Kolbenfläche gelegenen Raum im Schalter mit dem Raum auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens verbinden. Diese Bohrungen können so angeordnet werden, daß

bunden, der mit Rollen 35 an seinem anderen Ende seitwärts in einem Schlitz 36 des Tragbehälters 27 geführt wird.

Mit dem Mittelstück des Zwischenhebels 34 ist bei 37 ein Antriebshebel 38 verbunden, dessen anderes Ende auf einer sich seitwärts erstreckenden Antriebswelle 39 befestigt ist. Die Antriebswelle 39 ist durch die Seitenwand des Tragbehälters 27 gasdicht Mn-

einem geringeren oder höheren Druck stehen, je nachdem, was im Hinblick auf die Schalteigenschaften erwünscht ist.

Das rohrfönnige bewegliche Schaltstück? hat an 5 seinem unteren Ende eine Gewindebohrung 28, die den Anschlußbolzen 29 einer Endhülse 30 aufnimmt, die an dem oberen Ende einer aus Isolierstoff bestehenden Stange 31 mit einem Gewinde befestigt ist. Die andere Endhülse 32 ist mit einem Gewinde am unte-

sie in der Endlage der Relativbewegung durch den io ren Ende der Isolierstoffstange 31 befestigt. Die End-Differentialkolben verschlossen sind. Der hohle Schalt- hülse 32 ist bei 33 mit einem Zwischenhebel 34 verstift bildet dann eine den Kolben überbrückende Verbindung des Schalterinneren. Deshalb kann sich im
Schalter in der Einschaltstellung eine Löschmittelströmung ausbilden, die die Wärmeabfuhr aus dem 15
Schalterinneren begünstigt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles,
das in der Figur dargestellt ist. Diese zeigt einen Vertikalschnitt durch einen geschlossenen Kompressions- 20 durchgeführt. Die Dichtung ist nicht dargestellt. Mit schalter gemäß der Erfindung. Die Schaltstücke sind dem anderen Ende, und zwar mit dem anderen äußein der Einschaltstellung gezeichnet. ren Ende der Antriebswelle ist ein äußerer Hebel 40

Mit 1 ist der Schalter als Ganzes bezeichnet, der verbunden. Am Ende des Hebels 40 ist bei 41 eine aus zwei aufrecht stehenden zylindrischen Gehäuse- Antriebsstange 42 gelenkig angebracht, die durch teilen 2 und 3 zusammengesetzt ist. Die Gehäuseteile 25 einen geeigneten Antrieb betätigt wird, der keinen bestehen aus Isoliermaterial angemessener Festigkeit Teil der Erfindung darstellt.

und sind durch kreisförmige Tragringe 4 und 5 mit In die Tragplatte 6 ist eine Kontaktstange 43 einge-

einer dazwischenliegenden Schaltstückplatte 6 verbun- schraubt, die an ihrem unteren Ende einen Anschlag den. Ein rohrförmiges Schaltstück 7 wird in einer Öff- 44 aufweist. Eine Anzahl Kontaktrollen 45 werden nungS geführt, die in der Schaltstückplatte 6 vorge- 30 durch zwei mit Bohrungen versehene Platten 46 gesehen ist. Das Schaltstück? stößt gegen ein federnd führt. Die Kontaktrollen45 sind zwischen dem bewegangeordnetes feststehendes Schaltstück 9, wie die Fi- liehen Schaltstift 7 und der vertikalen Seite 47 der gur zeigt. Das stiftförmig ausgebildete Schaltstück 9 Kontaktstange 43 angeordnet. Die Kontaktrollen 45 hängt von einem Zwischengehäuse 10 nach unten. dienen zur Stromübertragung zwischen dem beweg-Zwischen dem unteren Ende des Zwischengehäuses 35 liehen Schaltstück? und der Kontaktstange43. Von 10 und einer Schulter 12 des Schaltstiftes 9 ist eine dort wird der Strom über die Tragplatte 6 zu dem an-Druckfeder 11 angeordnet. Das obere Ende des fest- deren Anschlußstück 48 des Kompressionsschalters 1 stehenden Schaltstückes 9 ist verjüngt ausgeführt und geführt.

mit einem Gewinde versehen. Mit einer Mutter 13 Wie die Figur zeigt, besitzt der bewegliche Schaltwird ein mit einer Bohrung versehenes flexibles Ver- 40 stift 7 eine Belüftungsbohrung 49, die sich über einen bindungsstück 14 mit dem oberen Ende des feststehen- Teil seiner Länge erstreckt. Das untere Ende der Beden Schaltstückes 9 verbunden. Die anderen Enden lüftungsbohrung 49 ist über nach den Seiten führende des Verbindungsstückes 14 werden mit Maschinen- Öffnungen 50 mit dem Raum 21 im Inneren des unschrauben 15 an den Seitenwänden 16 des Zwischen- teren Gehäuses 3 verbunden. Das obere Ende der Begehäuses 10 befestigt. Das Zwischengehäuse 10 ist vor- 45 lüftungsbohrung 49 ist über weitere Öffnungen 51 mit zugsweise in einem Stück mit einer oberen Abdeck- dem Raum 52 im Innern einer Düsenanordnung 53 kappe 17 gegossen. Die Abdeckkappe 17 ist mit Ma- verbunden. Die Düsenanordnung besteht aus Isolierschinenschrauben 18 an einer ringförmigen Kontakt- stoff und bildet einen Teil eines Differentialkolbens, platte 19 befestigt, die ein sich seitwärts erstreckendes der als Ganzes mit 54 bezeichnet ist. Wie dargestellt Anschlußstück 20 aufweist. Das Anschlußstück 20 50 ist, hat das obere Ende des Differentialkolbens 54 eine kann mit Bohrungen versehen sein, um Bolzen zum verhältnismäßig große Fläche 55. Die untere Fläche Anschluß einer Hochspannungsleitung aufzunehmen. 56 ist dagegen wesentlich kleiner. Diese kleinere Da das Innere 21 des Kompressionsschalters 1 ein Fläche 56 bildet einen Pumpkolben, der längsbeweggeeignetes Löschgas enthält, sind mit der Abdeck- lieh in einem aufrecht stehenden Isolierstoffzylinder kappe 17 und der ringförmigen Kontaktplatte 19 Dich- 55 57 angeordnet ist. Der Isolierstoffzylinder 57 ist bei tungen 22, 23 verbunden. Weitere Dichtungen 24 sind 58 mit einem Gewindeteil 59 auf der Tragplatte 6 verzwischen den angrenzenden Flächen der Isolierstoff- schraubt.

zylinder 2,3 und der dazwischenliegenden Tragplatte 6 Der äußere Rand der größeren Fläche 55 bewegt

vorhanden. In gleicher Weise kann eine weitere Dich- sich mit einem verhältnismäßig dichten Sitz längs der tung 26 zwischen dem unteren Ende des unteren Ge- 60 Innenwand 60 des aufrecht stehenden Isolierstoffhäuses 3 und einem metallischen Tragbehälter 27 vor- gehäuses 2, das somit einen Zylinder bildet. Mit Vor

gesehen sein, der die ganze Unterbrechungseinrichtung trägt.

Im Inneren 21 des Kompressionsschalters 1 befindet sich vorzugsweise ein relativ schweres Gas, wie z. B. 65 Schwefelhexafluorid (SF₆). Es können jedoch auch andere Gase oder sogar Luft verwendet werden. Die
Gase können entweder unter Atmosphärendruck oder

teil wird dabei ein Kolbenring 61 verwendet.

Im folgenden wird die Ausschaltbewegung des Kompressionsschalters 1 beschrieben:

Beim Ausschalten bewegt ein geeigneter, nicht dargestellter Antriebsmechanismus den Antriebshebel 42 nach links, wie die Figur zeigt. Diese nach links gerichtete Bewegung des Hebels 42 ergibt eine Dreh-

bewegung des im Schaltergehäuse angeordneten Hebels 38 entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch wird der Zwischenhebel 34 so angetrieben, daß er die Isolierstoffstange 31 geradlinig nach unten bewegt, was mit der vorgenannten Geradführung erreicht wird. Die -5 nach unten gerichtete Bewegung der Isolierstoffstange 31 ergibt ihrerseits eine nach unten gerichtete Bewegung des beweglichen Schaltstückes 7 mit dessen Kopfteil 62. Wegen der Totgangverbindung 63 zwischen dem beweglichen Schaltstück 7 und der Düsenanordnung 53 bewegt sich zunächst das bewegliche Schaltstück unabhängig von der Düsenanordnung nach unten. Dabei werden die seitlichen Öffnungen 51 und damit auch das obere Ende der Belüftungsbohrung 49 des Schaltstückes 7 verschlossen. Bei der weiteren nach unten gerichteten Bewegung wird die Düsenanordnung 53 mitgenommen, das Gas im Bereich 64 im Inneren des Zylinders 57 wird komprimiert. Wenn die dem beweglichen Schaltstück nachfolgende Bewegung des feststehenden Schaltstückes 9 beendet ist, wild ein Lichtbogen zwischen den sich dann trennenden Schaltstücken?, 9 gezogen. Dieser Lichtbogen ergibt insbesondere bei verhältnismäßig großen Strömen eine Druckerhöhung, die auf die obere größere Fläche 55 des Differentialkolbens 54 wirkt. Der Differentialkolben unterstützt daher die Ausschaltbewegung des nicht dargestellten Antriebs, durch die die untere Kolbenfläche 56 in den Zylinder 57 gedrückt wird. Dabei wird das Gas im Raum 64 zusammengedrückt und durch die Öffnungen 65 im Kolben 56 in den Bereich 52 in der Nähe des Lichtbogens zwischen den Schaltstücken 7, 9 gepreßt, wodurch der Lichtbogen gelöscht wird.

Bei der Abschaltung von verhältnismäßig kleinen Strömen, wobei der durch den Lichtbogen erzeugte Gasdruck verhältnismäßig klein ist, wird die Kolbenanordnung 54 im wesentlichen allein von dem Außenantrieb nach unten in die AusschaltsteHung bewegt. Nur bei Strömen mittlerer und verhältnismäßig großer Stärke wird eine zusätzliche Kraft zur Überwindung des Gegendruckes benötigt, die von dem Differentialkolben 54 zur Unterstützung des Antriebes aufgebracht wird. Beim Einschalten wird das Betätigungsglied 42 nach rechts bewegt (Figur). Durch die dargestellte Geradführung wird die Antriebsstange 31 nach oben bewegt, und das bewegliche Schaltstück? wird gegen das feststehende Schaltstück 9 gedrückt. Die Druckfeder 11 sorgt dabei für den gewünschten Kontaktdruck. Die Düsenanordnung 53 und der Differentialkolben 54 werden von dem beweglichen Schaltstück 7 über die Schultern 66 mit nach oben genommen. Ein Rückschlagventil 70 kann in dem Differentialkolben 54 vorgesehen sein, so daß der Eintritt von Gas hinter den Kolben 55 beim Schalten ohne Last oder mit sehr geringer Last möglich ist. Die Totgangverbindung 63 verschließt die Bohrung 49 durch das bewegliche Schaltstück 7 bei der Ausschaltbewegung. Wenn der Schalter dagegen eingeschaltet wird und die Rückschlagventile 70 geschlossen sind, kann ein Überdruck oberhalb des Kolbens 55 durch den hohlen Schaltstift 7 ausgeglichen werden, da die Bohrung 49 beim Einschalten geöffnet ist.

Es ist wesentlich, festzuhalten, daß bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Ausbildung in einem Flüssigkeitsschalter beim Einschalten ein Überschlag zwischen den sich nähernden Schaltstücken 7 und 9 einen Druck erzeugen würde, der auf die große Fläche 55 einwirken und die Einschaltbewegung des Schalters abdrosseln wunde. Ein Versagen des Schalters würde sich daraus ergeben. Dagegen gestattet bei der Verwendung von Gas an Stelle eines flüssigen Löschmittels die Kompressibilität des Gases die Weiterbewegung des beweglichen Schaltstückes in die Einschaltstellung bis zur vollständigen Berührung mit dem feststehenden Schaltstück 9, ohne daß diese Bewegung durch eine nach unten auf die große Kolbenfläche 55 des Differentialkolbens 54 wirkende Druckkraft behindert wird, die sich sonst bei einem Vorüberschlag beim Einschalten ergeben könnte.

Kompressionsschalter für 5 bis 15 kV und Ströme bis 20 000 Amp. oder mehr konnten mit den bisher bekannten Anordnungen wegen der sehr großen Antriebskräfte, die zum Bewegen eines schweren Gases, wie z. B. Schwefelhexafluorid, gegen den Lichtbogendruck benötigt wurden, nur völlig unwirtschaftlich hergestellt werden. Andererseits wurden für diese Schalter einfachere Antriebe als die an sich sehr kräftigen Hydraulikantriebe gewünscht, wie sie bei großen Kompressionsschaltern verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung überwindet die vorgenannten Nachteile, da sie sich mit einfachen Kompressionsschaltern befaßt, die besonders für Innenraumanlagen geeignet sind und die normalerweise nur 5 bis 10 000 Amp. schalten konnten. Durch die Anwendung eines Differentialkolbens 54, bei dem der Druck der heißen Gase verwertet wird, die aus der Düse 53 heraustreten, wird der Gegendruck auf den Verdichtungskolben 56 überwunden und eine hohe Geschwindigkeit des beweglichen Schaltstückes 7 und des Verdichtungskolbens 56 erreicht, ohne daß zusätzliche Beschleunigungskräfte aufgebracht werden müssen. Einige wichtige Vorteile der Erfindung verglichen mit Druckgasschaltern sind:

1. Es werden keine Hilfspumpen oder Speicher benötigt.

2. Der Schalter arbeitet ruhig.

3. Durch die vollständige Kapselung ist der Schalter auch für die Verwendung in explosionsgefährdeter Umgebung geeignet.

Es wurde festgestellt, daß die Entlüftungsbohrung 49, die sich durch das hohle bewegliche Schaltstück erstreckt, die Belastbarkeit des Schalters in der Einschaltstellung erhöht. Die Totgangverbindung 63 gestattet die Mitnahme des Pumpkolbens 56 und die Abdichtung der Öffnung 49 bei der Pumpbewegung des Schalters.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß ein verbesserter Kompressionsschalter mit einer Verdichtungseinrichtung geschaffen wurde, der insbesondere für die Unterbrechung verhältnismäßig großer Ströme geeignet ist, ohne daß dazu kräftige äußere Antriebsfedern benötigt werden. Die Verwendung des Differentialkolbens 54 ermöglicht es, den Lichtbogendruck auszunutzen, um den von außen wirkenden Antrieb bei der Bewegung des Kolbens 56 und des beweglichen Schaltstückes 7 in die Ausschaltlage zu unterstützen. Auf diese Weise sind auch verhältnismäßig große Gegendrücke auf den Kolben 56 beim Abschalten großer Ströme leicht zu überwinden, und der äußere Antrieb kann infolgedessen verhältnismäßig klein ausgeführt werden.

Wie erwähnt wunde, wird durch die Verwendung eines Gases im Schalter mit Sicherheit das vollständige Schließen des Schalters erreicht, obwohl durch Vorüberschläge bei der Einschaltbewegung ein gewisser Druck erreicht werden kann. Dagegen können Vor-

Überschläge beim Einschalten bei Flüssigkeitsschaltern dazu führen, daß das bewegliche Schaltstück? und die Kolbenanordnung 54 die Einschaltlage des Schalters nicht völlig erreicht.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kompressionsschalter mit einem gasförmigen Löschmittel, vorzugsweise Schwefelhexafluorid, und einem mit dem beweglichen Schaltstück verbundenen Differentialkolben, dessen größere Kolbenfläche von dem im Lichtbogen erhitzten Löschgas beaufschlagt wird, während mit seiner kleineren Kolbenfläche in einem Zylinder befindliches Löschgas komprimiert und gegen den Lichtbogen gedrückt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolben beim Ausschalten mit dem beweglichen Schaltstück mit Hilfe einer Totgangverbindung erst nach einer bestimmten Bewegung des beweglichen Schaltstückes gekoppelt wird.

2. Kompressionsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben auf dem beweglichen Schaltstück in dessen Bewegungsrichtung verschiebbar sitzt, wobei die Länge der Relativbewegung zwischen Kolben und Schaltstück durch zwei Anschläge auf einen kleineren Wert als der Schalthub des beweglichen Schaltstückes begrenzt ist.

3. Kompressionsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schaltstück Bohrungen besitzt, die den auf der Seite der größeren Kolbenfläche gelegenen Raum im Schalter mit dem Raum auf der gegenüberliegenden Seite verbinden, und daß die Bohrungen des beweglichen Schaltstückes in der einen Endlage der Relativbewegung durch den Differentialkolben verschlossen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 637 075, 651169,
479, 675 370, 679 232, 710 178.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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