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Flüssigkeitsschalter für Hochspannung Es ist bekannt, elektrische
Flüssigkeitsschalter für Hochspannung zu beheizen, um eine einwandfreie Wirkungsweise
auch bei tiefen Temperaturen der Umgebung sicherzustellen. Bei Schaltern mit einem
mit Isolieröl gefüllten Stützisolator, der die Schaltkammer trägt, hat man die Heizung
im Stützisolator angeordnet, und zwar auf Erdpotential, um die Heizung einfach speisen
und steuern zu können. Die Wärme muß in diesem Fall durch Konvektion des Isolieröles
zu der Hochspannungspotential führenden Schaltkammer übertragen werden. Dabei treten
sehr große Wärmeverluste auf, besonders dann, wenn es sich um Höchstspannungsschalter
mit relativ schlanken dünnwandigen Stützisolatoren handelt. In den Stützisolatoren
kann sich nämlich keine eindeutige Strömung ausbilden, weil die Länge des Isolators
im Verhältnis zu seiner Breite sehr groß ist und das nach oben strömende erwärmte
Öl sich mit dem herabsinkenden kühleren Öl mischt.
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Die vorgenannten Verluste lassen sich bei Schaltern mit einer aus
Isolierstoff bestehenden hohlen Antriebsstange zwischen den von einem Stützisolator
getragenen, Hochspannung führenden Schalterteilen und Schalterteilen mit Erdpotential
dadurch verringern, daß erfindungsgemäß durch die hohle Antriebsstange eine von
einer Heizung mit Erdpotential erwärmte Isolierflüssigkeit zu den Schalterteilen
mit Hochspannungspotential gefördert wird.
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Bei der Erfindung wird in vorteilhafter Weise die Tatsache ausgenutzt,
daß die für Antriebsstangen normalerweise verwendeten Isolierstoffe nicht nur gute
elektrische Isolatoren sind, sondern auch gute wärmeisolierende Eigenschaften haben.
Die Wärmeabfuhr ist deshalb klein. Ferner gestattet die Erfindung die Ausbildung
einer eindeutigen Strömung, durch die die erwärmte Isolierflüssigkeit schnell zu
den zu beheizenden Teilen des Schalters gelangt.
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Die Erfindung kann z. B. so verwirklicht werden, daß durch die hohle
Antriebsstange periodisch erwärmte Isolierflüssigkeit zur Schaltkammer gepumpt wird.
Die Isolierflüssigkeit läßt man dann nach einiger Zeit, während der sie ihre Wärme
abgegeben hat, durch die Antriebsstange wieder zurückfließen. Man kommt in diesem
Fall mit einer einzigen Leitung aus und hat dennoch eine Strömung mit geringen Verlusten.
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Für die Übertragung großer Wärmemengen empfiehlt es sich dagegen,
eine gesonderte Rückleitung zu verwenden, so daß ein kontinuierlicher Umlauf der
Isolierflüssigkeit möglich ist. Bei Schaltern mit einem hohlen Stützisolator kann
man als Rückleitung mit Vorteil den hohlen Stützisolator verwenden. Hierbei erhält
man besonders günstige Verhältnisse, wenn die als Zuführungsleitung dienende hohle
Antriebsstange im Inneren des hohlen Stützisolators angeordnet ist, der die Rückleitung
für die Heizflüssigkeit bildet. In diesem Fall wird die Antriebsstange von der zurückfließenden,
noch nicht vollständig abgekühlten Isolierflüssigkeit gegen Wärmeverluste abgeschirmt.
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Bei dem zuletzt genannten Schalter kann man in vielen Fällen auf eine
mechanische Pumpe zum Fördern der Heizflüssigkeit verzichten, weil der Umlauf, der
sich durch Thermosiphonwirkung ergibt, bereits eine genügend große Wärmemenge übertragen
kann. Der Stützisolator muß in diesem Fall vollständig mit Öl gefüllt sein. Wird
dagegen eine Pumpe, z. B. eine Kreiselpumpe, dazu verwendet, die erwärmte Isolierflüssigkeit
in der Antriebsstange hochzudrücken, so kann man durch einen Strömungswiderstand
einen großen Druckabfall im Flüssigkeitssystem oberhalb des Stützisolators erreichen.
Wählt man den Strömungswiderstand so, daß die Differenz zwischen dem Förderdruck
der Pumpe und dem Druckabfall am Strömungswiderstand kleiner ist als der Druck einer
Flüssigkeitssäule von der Höhe des Stützisolators, so verbleibt trotz des Flüssigkeitsumlaufes
ein flüssigkeitsfreier Raum am oberen Ende des Stützisolators. Dieser flüssigkeitsfreie
Raum ist bekanntlich deshalb günstig, weil er dafür sorgt, daß die bei Bewegungen
der Antriebsstange oder bei Temperaturschwankungen auftretenden Volumenänderungen
keine starken
Druckänderungen im Stützisolator hervorrufen können.
Der Strömungswiderstand der Leitungen im Flüssigkeitssystem oberhalb des Stützisolators
kann, falls erforderlich, durch eine Lochblende auf ein geeignetes Maß vergrößert
werden. Zweckmäßig ordnet man die Lochblende an der Eintrittsstelle der zurückfließenden
Isolierflüssigkeit in den Stützisolator an.
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Die Erfindung kommt für Flüssigkeitsschalter unabhängig von der Ausbildung
der Löscheinrichtung und der Schaltkammer in Frage. Als Heizflüssigkeit kann z.
B. bei Ölschaltern die Löschflüssigkeit verwendet werden. Sollen Heizflüssigkeit
und Löschflüssigkeit voneinander getrennt sein, so muß die Wärme zum Teil durch
Wärmeleitung im Schalterkopf, d. h. den vom Stützisolator getragenen Schalterteilen,
übertragen werden. Zur Verbesserung der Wärmeleitung kann man Metallteile, z. B.
Kupferbänder, im Inneren des Schalters vorsehen.
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Bei Flüssigkeitsschaltern mit einer Pumpeinrichtung, die beim Ausschalten
Löschmittel in die Schaltkammer fördert, genügt es, die Isolierflüssigkeit mit Hilfe
der Antriebsstange bis zur Pumpeinrichtung zu führen. Von dort aus kann dann erwärmte
Löschflüssigkeit in die Schaltkammer gelangen. Ferner kann die Wärme von der Pumpeinrichtung,
die im allgemeinen mit der Schaltkammer in enger Verbindung steht, auch durch die
erwähnte Wärmeleitung zur Schaltkammer und zu der darin enthaltenen Löschflüssigkeit
übertragen werden. Beispielsweise kann man die Heizflüssigkeit in einen Ringraum
führen, dessen innere Wand von einem Zylinder der Pumpeinrichtung gebildet wird.
Den Ringraum kann man in Weiterbildung der Erfindung durch ein rohrförmiges Leitblech
im Inneren so unterteilen, daß die erwärmte Isolierflüssigkeit die ganze Länge des
Pumpzylinders bestreichen muß.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an Hand
des in der Zeichnung dargestellten Schalters zwei Ausführungsformen beschrieben.
Der untere Teil des Schalters ist für beide Ausführungsformen gleich ausgebildet.
Im oberen Teil des Schalters ist links der Mittellinie die eine, rechts der Mittellinie
die andere Ausführungsform gezeichnet.
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Der vereinfacht dargestellte Leistungsschalter 1 besitzt einen metallischen
Schaltersockel 2, der Erdpotential führt. Auf dem Sockel 2 ist ein hohler Stützisolator
3 befestigt. Der Stützisolator ist mit Öl gefüllt. An dem oberen Ende des Stützisolators
sind zwei in Reihe geschaltete Unterbrechungsstellen 5 und 6 angeordnet. Die beiden
Unterbrechungsstellen bilden zusammen mit einem gemeinsamen Getriebegehäuse 7 den
vom Stützisolator getragenen Schalterkopf.
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Zu jeder Unterbrechungsstelle gehört eine nicht näher dargestellte
Schaltkammer 8 mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen Schaltstift
9. Der bewegliche Schaltstift ist hohl ausgebildet und an seinem unteren Ende mit
einem Kolben 10 versehen, der in einem Zylinder 11 gleitet. Kolben 10 und Zylinder
11 bilden eine Pumpeinrichtung, die beim Ausschalten Löschflüssigkeit in die Schaltkammer
8 fördert.
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Die Schaltstifte 9 werden durch eine Welle 15, die von einem nicht
dargestellten Antrieb betätigt wird, in die dargestellte Ausschaltstellung bzw.
die Einschaltstellung gebracht. An der Welle ist im Inneren des Schaltersockels
2 eine Kurbel 16 befestigt, die mit einer Antriebsstange 17 verbunden ist. Die Antriebsstange
17 führt im Inneren des hohlen Stützisolators 3 von dem Schaltersockel 2 zum Schalterkopf,
der Hochspannungspotential aufweist. Sie besteht im Bereich des Stützisolators 3
im wesentlichen aus einem Isolierstoffrohr 18.
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An den Enden des Isolierstoffrohres 18 sind metallische Endstücke
19 und 20 befestigt. Das untere rohrförmige Endstück 19 ist mit der Kurbel 16 verbunden.
Es gleitet bei Schaltbewegungen in einer Öffnung 12 der oberen Wand 13 des Schaltersockels
2. Das obere Endstück 20 ragt durch eine Öffnung 14 in das Getriebegehäuse 7. Dort
ist es mit zwei Stangen 21 gelenkig verbunden. Diese sind an zwei Kurbeln 22 gelenkig
befestigt, die auf zwei Wellen 23 sitzen. Die Wellen führen aus dem gemeinsamen
Getriebegehäuse 7 in das Innere 24 bzw. 25 der Getriebegehäuse der Unterbrechungsstellen
5 und 6. Sie sind an der Durchführungsstelle abgedichtet und tragen im Inneren 24
bzw. 25 zwei Kurbeln 28, an denen über Lenker 29 die Schaltstifte 9 befestigt sind.
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In die untere Wand des Schaltersockels 2 ist ein Pumpengehäuse 33
eingelassen. Das Pumpengehäuse ist durch ein Rohr 34, das durch das Innere des Schaltersockels
2 geführt ist, unmittelbar mit dem Inneren: 35 des Stützisolators verbunden. Es
enthält eine Flügelpumpe 36, die von einem Elektromotor 37 angetrieben wird. Auf
der Oberseite des Pumpengehäuses 33 ist ein elektrischer Heizkörper 40 angeordnet.
Der Heizkörper wird beispielsweise von einer Heizplatte, einer Heizspirale od. dgl.
gebildet. Er weist eine Öffnung 41 auf, über die das Innere des Pumpengehäuses 33
mit dem Inneren 38 des Schaltersockels 2 in Verbindung steht.
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Die Öffnung 14 in der unteren Wand des Getriebegehäuses 7 ist in ihrem
mittleren Bereich erweitert, so daß ein das Endstück 20 umgebender Ringraum 45 entsteht.
Der Ringraum steht über Bohrungen 46 und einen Kanal 47 im Endstück 20 mit dem Inneren
des Isolierstoffrohres 18 der Antriebsstange 17 in Verbindung, das über das rohrförmige
Endstück 19 an den Raum 38 im Schaltersockel 2 angeschlossen ist. Von dem Ringraum
45 führen Kanäle zu den Unterbrechungsstellen 5 und 6.
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Bei der auf der linken Seite der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
führt ein Kanal 48 zum oberen Bereich eines Ringraumes 49, dessen innere Wand von
dem Zylinder 11 der Pumpeinrichtung für die Löschflüssigkeit gebildet wird. Der
Ringraum ist, wie die Zeichnung zeigt, durch einen zylindrischen Einsatz 50 in einen
dem Zylinder 11 zugekehrten Teil 51 und einen abgekehrten Teil 52 unterteilt. Der
Kanal 48 führt in den oberen Bereich des Teiles 51. Der obere Bereich des anderen
Teiles 52 steht über einen Kanal 53 mit dem Inneren 35 des Stützisolators in Verbindung.
Der Kanal 53 verläuft parallel zum Kanal 48.
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Bei der auf der linken Seite der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
durchströmt das von der Heizung 40 erwärmte Öl, das durch die Pumpe 36 im Inneren
38 des Schaltersockels 2 unter Druck gesetzt wird, nach dem Aufsteigen durch die
Antriebsstange 18 und den Kanal 48 zunächst den Teil 51 des Ringraumes 49. Es bestreicht
dabei die gesamte Länge des Zylinders 11 und gibt seine Wärme an die Zylinderwand
ab. Danach strömt es durch den Teil 52
des Ringraumes 49 und durch den Kanal
53 in das
Innere 35 des Stützisolators 3 zurück, von wo es durch
das Rohr 34 wieder in das Innere 38 des Schaltersockels gepumpt wird.
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Der Strömungswiderstand in dem Flüssigkeitssystem oberhalb des Stützisolators,
also in den Kanälen 418 und 53 und im Ringraum 49, ist größer als die Differenz
zwischen dem Förderdruck der Pumpeinrichtung und dem Druck einer Säule der Isolierflüssigkeit
von der Höhe des Stützisolators 3. Deshalb verbleibt am oberen Ende des Stützisolators
ein flüssigkeitsfreier Raum 55, obwohl der Ringraum 49 höher liegt als dieser flüssigkeitsfreie
Raum. Für den Fall, daß der Strömungswiderstand nicht von vornherein einen ausreichenden
Wert aufweist, kann man durch eine Lochblende 56 für einen zusätzlichen Widerstand
sorgen. Die Lochblende 56 wird zweckmäßig an der Stelle vorgesehen, an der die zurückfließende
Isolierflüssigkeit in den Stützisolator 3 gelangt, beim Ausführungsbeispiel also
im Verlauf des Kanals 53.
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Die Wärme kann vom Zylinder 11 durch Konvektion der Löschflüssigkeit
in die Schaltkammer 8 gelangen. Am Wärmetransport ist ferner die Wand des Getriebegehäuses
24 beteiligt. Außerdem sind zur Verbesserung des Wärmeüberganges im Getriebegehäuse
24 Kupferbänder 58 vorgesehen. Die Kupferbänder bilden wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit
einen Weg, auf dem die Wärme durch Wärmeleitung und ohne große Verluste an die Unterseite
der Schaltkammer 8 gelangt.
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Bei der auf der rechten Seite der Zeichnung dargestellten Ausführungsform
führt ein Kanal 60 vom Ringraum 45 in das Getriebegehäuse 25. Die erwärmte
Isolierflüssigkeit gelangt also unmittelbar bis an die Unterseite der Schaltkammer
8, wo sie ihre Wärme an die Schaltkammer abgeben kann, sowie zum Teil über nicht
dargestellte Ventile durch die Pumpeinrichtung für die Löschflüssigkeit auch in
die Schaltkammer selbst. Die Heizflüssigkeit also ist in diesem Fall nicht von der
Löschflüssigkeit des Schalters getrennt. Deshalb kann bei dieser Ausführungsform
der Stützer vollständig mit öl gefüllt sein, weil die Schaltkammer die z. B. durch
Temperaturerhöhung verursachte Volumenvergrößerung über den Kanal 60 aufnehmen kann.
Druckerhöhungen in der Schaltkammer, die bei Ausschaltungen durch den Ausschaltlichtbogen
hervorgerufen werden und sich in das Getriebegehäuse 25 fortpflanzen, können sich
dagegen nicht auf den Stützisolator auswirken, weil der Kanal 60 mit einem
Rückschlagventil 61 versehen ist.
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Die Isolierflüssigkeit strömt bei dieser Ausführungsform durch einen
Ringraum um den Zylinder 11 ab, der ebenso wie der Ringraum 49 bei der vorher beschriebenen
Ausführungsform ausgebildet ist. Der Ringraum ist von dem Getriebegehäuse durch
ein Rückschlagventil62 abgetrennt, das durch eine schwache Feder 63 offengehalten
wird, solange im Getriebegehäuse kein Überdruck herrscht. Vom Ringraum fließt die
Isolierflüssigkeit durch einen Kanal 64 in den Stützisolator zurück.