DE1189614B - Druckgasschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H02c

Deutsche Kl.: 21c-35/10

Nummer: 1189 614

Aktenzeichen: W 22786 VIII d/21 c

Anmeldetag: 18. Februar 1958

Auslegetag: 25. März 1965

Es sind Druckgasschalter bekannt, deren Unterbrechungseinrichtungen in einem geerdeten Metallbehälter angeordnet sind. Die festen Kontakte dieser Unterbrechungseinrichtungen werden von zwei Durchführungen getragen, die annähernd parallel 5 verlaufend von einer Seite her in den Behälter hineinragen. Die zugehörigen beweglichen Kontakte sind durch eine Traverse verbunden, die über eine Isolierstoffstange betätigt wird. Die beiden auf diese Weise in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen sind im wesentlichen gleich ausgebildet.

Bei anderen Druckgasschaltern ist zu einer Unterbrechungseinrichtung ein Widerstand parallel geschaltet. In Reihe mit dieser sogenannten Hauptstromunterbrechungseinrichtung liegt eine zweite Unterbrechungseinrichtung, die als Reststromunterbrechungseinrichtung bezeichnet wird. Beim Ausschaltvorgang wird zuerst die Hauptstromunterbrechungseinrichtung geöffnet. Diese wird, nachdem die Reststromunterbrechungseinrichtung den Stromkreis vollständig unterbrochen hat, wieder geschlossen.

Die festen Kontakte beider Unterbrechungseinrichtungen sind in einem Behälter untergebracht, der mit einem unter Druck stehenden Gas, insbesondere mit Luft, gefüllt ist. Sie werden von Durchführungen getragen, die an dem Behälter auf gegenüberliegenden Seiten angebracht sind. Der Behälter führt dabei Hochspannungspotential. Er muß somit von einem besonderen Stützisolator getragen werden.

Im Gegensatz zu den bekannten Schaltern ist bei einem Druckgasschalter mit einer Hauptstromunterbrechungseinrichtung und einer Reststromunterbrechungseinrichtung erfindungsgemäß der die Kontakte enthaltende Metallbehälter geerdet, und die Isolation der festen Kontakte gegen Erde erfolgt nur durch die Kontakte tragende Durchführungen. Hierdurch kann ein besonderer Stützisolator eingespart werden, so daß eine erhebliche bauliche Vereinfachung erreicht wird. Im Vergleich zu den eingangs erwähnten Schaltern mit einem geerdeten Gehäuse erhält man durch die Anordnung des Widerstandes eine erhöhte Schaltleistung.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die beweglichen Kontakte von einem den Widerstand enthaltenden, am Behälter befestigten Isolator getragen werden. Dieser Isolator dient dann als Schutz für den Widerstand und außerdem als mechanisches Konstruktionselement und ergibt mit einfachen Mitteln eine mechanisch außerordentlich stabile Konstruktion. Vorzugsweise trägt der Isolator ein Rohr, in dem die beweglichen Kontakte geführt sind. Hierbei können die Druckgasschalter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,
Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Jack E. Schramick, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 18. Februar 1957
(640 861)

Enden des Rohres als Kontaktfinger ausgebildet sein, die auf den beweglichen Kontakten gleiten.

Man kann bei dem Schalter nach der Erfindung ferner die Leiter der die festen Kontakte tragenden Durchführungen hohl ausbilden, so daß sie als Ausströmöffnungen für die Schaltgase dienen. Hierbei können als bewegliche Ventilglieder die beweglichen Kontakte vorgesehen sein, die die Ausströmöffnungen verschließen und damit die gewünschten Druckverhältnisse in dem geerdeten Behälter sicherstellen. Der bewegliche Kontakt der Reststromunterbrechungseinrichtung kann außerdem als Ventil dienen, das in seiner Ausschaltstellung die Einschaltung der Hauptstromunterbrechungseinrichtung veranlaßt.

Zur näheren Erläuterung wird die Erfindung im folgenden an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Fig. 1 zeigt erne Seitenansicht eines dreipoligen Druckgasschalters mit den Merkmalen der Erfindung;

F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht eines außengelegenen Pols des Schalters gemäß Fig. 1;

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau des Steuerventils;

F i g. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab einen senkrechten Schnitt der Unterbrechungseinrichtungen des in F i g. 1 dargestellten Schalters, und zwar längs der Linie IV-IV; die Schaltstücke des Schalters sind in der Ausschaltstellung gezeichnet;

509 520/375

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D zeigen in vergrößertem Maßstab einen senkrechten Schnitt durch die Unterbrechungseinrichtungen; die einzelnen Teile sind in der Einschaltstellung gezeichnet;

F i g. 6 zeigt ein Diagramm, in das die wiederkehrende Spannung in Abhängigkeit von der Zeit, und zwar für verschiedene Widerstände und Spannungen eingezeichnet ist; außerdem ist in dieses Diagramm die Grenzlinie (gestrichelte Linie) für die dielektrische Festigkeit eines 69-kV-Schalters eingezeichnet;

Fig. 7 zeigt ein Diagramm, in das die Überschlagsspannung (Scheitelwerte) in Abhängigkeit vom Elektrodenabstand einer Stab-Funkenstrecke von ungefähr 3 cm eingezeichnet ist, und zwar für einen Druck von 14 und 17,5 atü;

F i g. 8 zeigt ein Diagramm, in das bei einer Frequenz von 60Hz die Überschlagsspannung (Effektivwert) an einem Isolator in Abhängigkeit vom Kriechweg eingetragen ist, und zwar für einen Druck von 14 atü und von Atmosphärendruck.

In den F i g. 1 und 2 ist ein dreipoliger Druckgasschalter dargestellt, der mit 1 bezeichnet ist. Bei diesem Schalter wird als Lichtbogenlöschmittel Druckluft verwendet. Die drei Pole des Schalters 1 sind auf einem eisernen Traggerüst 5 befestigt und tragen die Bezugszeichen 2 bis 4. Das Traggerüst 5 besteht aus einer Grundplatte 7, an der senkrecht nach oben verlaufende Streben 8 und diagonal verlaufende Streben 9 befestigt sind. Auf dem Traggerüst 5 ist für jeden Pol des Schalters 1 ein druckfester Behälter 10 aus Metall vorgesehen.

Wie F i g. 2 zeigt, ist der druckfeste Behälter an dem Traggerüst an den oberen Enden der senkrecht stehenden Streben 8 befestigt, z. B. angeschweißt.

In die sich gegenüberliegenden Enden des Behälters 10 ragt je eine Durchführung 11 bzw. 12 hinein. Auf dem Behälter 10 ist ein Gehäuse 13 befestigt, das aus wetterbeständigem Material, z. B. Porzellan, besteht. Im Innern des Gehäuses 13 ist ein Widerstand 15 vorgesehen, der später noch näher beschrieben wird. Durch eine rohrförmige Kupferleitung 16 wird das obere Ende des Widerstandes 15 mit dem äußeren Ende der Durchführung 12 leitend verbunden.

Im Innern des Behälters 10 ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, die das Bezugszeichen 17 trägt (F i g. 4). Die Schalteinrichtung besitzt eine Hauptstromunterbrechungseinrichtung 18, die in Reihe mit einer den Widerstand abschaltenden Unterbrechungseinrichtung 19 (Reststromunterbrechungseinrichtung) liegt. Die Unterbrechungseinrichtungen 18 und 19 sind im Innern des geerdeten metallischen Behälters 10 angeordnet. In dem Behälter 10 herrscht ein beliebiger Druck, z. B. 17,5 atü.

Wie aus den F i g. 1 und 2 zu ersehen ist, führt zu jedem druckfesten Behälter 10 eine Rohrleitung 20, die an der mit 21 bezeichneten Stelle in ein gemeinsames Rohr 22 münden. Das Rohr 22 führt zu einem Druckgasbehälter, der z. B. Luft enthält, die unter einem bestimmten Druck steht und im vorliegenden Fall 17,5 atü beträgt.

Jedem Pol des Schalters ist eine Steuerleitung 24 zugeordnet, die in einen am Behälter 10 vorgesehenen gewölbten durchsichtigen Deckel 25 hineinragt. Die Steuerleitung 24 steht entweder unter einem hohen Druck, und zwar dem des Behälters, oder einem niedrigen, nämlich Atmosphärendruck, was von der Stellung eines elektromagnetisch betätigten Steuerventils 26 abhängig ist. Wie F i g. 3 zeigt, besitzt das Steuerventil 26 eine Spule 27. Wird die Spule 27 erregt, so hebt sie einen Teil 28 an, wodurch eine mit diesem verbundene Stange 29 betätigt wird, die zwei Ventilteller 30 trägt. In der einen Lage des Ventils 26 wird die Steuerleitung 24 mit einer Hochdruckleitung 31 verbunden, die unmittelbar in das unter hohem Druck stehende Gehäuse 10 führt. In F i g. 3 ist das Ventil 26 in der Lage dargestellt, die es in der Einschaltstellung des Schalters 1 einnimmt.

In der anderen Lage des Ventils 26, in die es durch Erregung der Spule 27 gebracht wird, wird die die Ventilteller 30 tragende Stange 29 gehoben und die der Hochdruckleitung 31 zugeordnete öffnung 32 geschlossen sowie die öffnung 33 im Ventilgehäuse 34 freigegeben, die über eine öffnung 35 ins Freie führt. Durch die Betätigung des Ventils 26 wird also der Steuerleitung 24 entweder Druckluft zugeführt oder die Druckluftzufuhr gesperrt und die Leitung entlüftet. In einer Kontrolleinrichtung 37 kann zusammen mit dem Ventil 26 ein Druckregler 36 vorgesehen werden, der über ein Kabel 38 mit mit einem Kontrollorgan 39 verbunden ist, das an dem unteren Ende des Traggerüstes 5 angeordnet ist. In F i g. 4 ist die Schalteinrichtung 17 in der Ausschaltstellung dargestellt. Wie aus dieser Figur zu ersehen ist, besitzt die Hauptstromunterbrechungseinrichtung 18 ein feststehendes, als Düse ausgebildetes Schaltstück 40, das mit einer ringförmigen Nut 41 versehen ist. In die Nut 41 ist ein Dichtungsring 43 eingelegt, der den Sitz für einen Ventilteller 45 eines Ventils 44 bildet. In der Einschaltstellung der Hauptstromunterbrechungseinrichtung 18 legt sich der Ventilteller 45 gegen seinen Sitz 43, so daß der unter hohem Druck stehende Raum 46 des Behälters 10 von dem Raum 47 im Innern der Durchführung 12, der unter Atmosphärendruck steht, getrennt ist. Der Raum 47 des rohrförmig ausgeführten Durchführungsbolzens 48 der Durchführung 12 steht mit dem Raum 49 außerhalb des Schalters 1 in Verbindung und somit unter Atmosphärendruck.

In das innerhalb des Behälters 10 gelegene Ende des rohrförmig ausgebildeten Durchführungsbolzens 48 ragt ein Tragstück 50 hinein, das mit einer mit öffnungen versehenen Elektrode 51 eine Baueinheit bildet. Auf die Elektrode 51 wird der Lichtbogen während des Ausschaltvorganges getrieben. An dem Tragstück 50 ist mit Hilfe der Schrauben 52 das feststehende Schaltstück 40 befestigt. Zwischen dem Tragstück 50 und dem feststehenden Schaltstück 40 ist ein Dichtungsring 53 vorgesehen. In die öffnung 54 des feststehenden Schaltstückes 40 ist ein aus lichtbogenfestem Material hergestellter Abbrennring 55 eingesetzt.

Das Ventil 44 bildet einen Teil einer Kolbenvorrichtung, die das Bezugszeichen 57 trägt. Das Ventil 44 ist rohrförmig ausgebildet und hat einen Kolben 58, der in einem feststehenden Zylinder 60 gleitet. Der Zylinder 60 besitzt mehrere federnde Lamellen 61. Die freien Enden der Lamellen 61 legen sich gegen die Außenwand des Ventils 44, wodurch zwischen diesem und den Lamellen ein guter Kontakt hergestellt wird.

An dem Kolben 58 des Ventils 44 ist mit Hilfe der Schrauben 62 ein rohrförmiges bewegliches Schaltstück 63 angeschraubt. Das bewegliche Schaltstück 63 besteht aus mehreren federnden Lamellen

64t, die in der Einschaltstellung des Schalters einen konischen Teil 65 des feststehenden Schaltstückes 40 berühren. Die Schaltstücke sind so ausgeführt, daß die Lamellen 64 des beweglichen Schaltstückes 63 in der Einschaltstellung des Schalters radial nach innen gedruckt werden, so daß während der nach links gerichteten Ausschaltbewegung der Kolbenvorrichtung 57 die Öffnung des Ventils vor der Trennung der Schaltstücke 40 und 63 erfolgt. Hierdurch wird erreicht, daß bereits bei der Trennung der Schaltstücke ein ausreichender Druckluftstrom vorhanden ist. Der in Fig. 4 dargestellte Hauptstromlichtbogen 66 brennt im Innern der Bohrung 54 des feststehenden Schaltstückes 40, wobei das eine Ende des Lichtbogens 66 auf der Elektrode 51 und das andere Ende auf einem aus lichtbogenfestem Material bestehenden Teil 67 des beweglichen Schaltstückes 63 Fuß faßt. Wie Fig. 4 zeigt, wird der Lichtbogen 66 einem Druckluftstrom ausgesetzt, dessen Verlauf durch die Pfeile 68 angegeben ist.

In F i g. 4 ist die den Hauptstrom unterbrechende Einrichtung 18 in der Ausschaltstellung dargestellt, der in dieser Figur eingezeichnete Lichtbogen 66 dient lediglich zur Erläuterung.

Wie Fig. 5D zeigt, steht die Kolbenvorrichtung 57 unter der Wirkung einer Feder 69, deren Kraft so gerichtet ist, daß sie das bewegliche Schaltstück 63 mit dem feststehenden Schaltstück 40 zur Berührung bringt. Eine Ausschaltbewegung der Kolbenvorrichtung 57 wird dadurch erreicht, daß der in dem hinter dem Kolben 58 gelegenen Raum 70 herrschende Druck vermindert wird.

In Fig. 5C ist die Reststromunterbrechungseinrichtungl9 dargestellt. Bei dieser Unterbrechungseinrichtung ist ein Ventil 71 vorgesehen, dessen Ventilsitz mit 72 bezeichnet ist. Der Ventilsitz 72 wird von einem Dichtungsring 73 gebildet, der in einer Nut 74 eines feststehenden Schaltstückes 75 gelagert ist. Durch die Durchführung 11 erstreckt sich ein rohrförmiger Durchführungsbolzen 76, Im Innern des Durchführungsbolzens 76 ist eine mit öffnungen versehene Elektrode 77 angeordnet, die über Rippen 78 mit einem rohrförmigen Tragstück 79 verbunden ist. An dem Tragstück 79 ist mit Hilfe der Schrauben 80 das feststehende Schaltstück 75 befestigt. Ein Haltering 81 ist auf das Tragstück 79 und den Durchführungsbolzen 76 aufgeschraubt.

Das Ventil 71 bildet einen Teil einer Kolbenvorrichtung 83, die durch eine Feder 84 in die Einschaltstellung gebracht wird. Gegen die Außenwand des Kolbens 83 legen sich Lamellen 85, die einen Teil einer Zwischenelektrode 86 bilden (Fig. 5C).

Eine Führungsstange 87 aus leitendem Material gleitet in einer Hülse 88, die einen Teil der Zwischenelektrode 86 bildet. Hierdurch wird eine geradlinige Ein- und Ausschaltbewegung eines beweglichen, rohrförmig ausgebildeten Schaltstückes 89 gewährleistet. Das bewegliche Schaltstück 89 besitzt mehrere federnde Lamellen 90, wodurch eine leitende Verbindung mit einem konisch ausgebildeten Teil 91 des festestehenden Schaltstückes 75 geschaffen wird. Das feststehende Schaltstück 75 besitzt eine öffnung 92, in die ein Abbrennring 93 aus lichtbogenfestem Material eingesetzt ist. Wie später noch ausführlicher erläutert wird, tritt durch die nach rechts gerichtete Ausschaltbewegung des Ventils 71, nachdem es seinen Sitz 72 verlassen hat, ein Druckluftstrom auf, der auf den zwischen dem feststehenden Schaltstück 75 und dem beweglichen Schaltstück 89 gezogenen Lichtbogen einwirkt. Hierdurch wird das eine Ende des Lichtbogens auf die Elektrode 77 und das andere Ende des Lichtbogens auf einen aus lichtbogenfestem Material hergestellten Teil 94 des beweglichen Schaltstückes 89 getrieben.

Wie aus den F i g. 2 und 4 zu ersehen ist, ist die Zwischenelektrode 86 mit Hilfe der Schrauben 150 an einem Flansch 151 befestigt, der einen Teil eines

ίο sich durch eine Durchführung 153 erstreckenden Durchführungsbolzens 152 bildet.

Die Durchführung 153 besitzt eine Hülse 154 aus Isoliermaterial, die den Durchführungsbolzen 152 umgibt und mit nicht dargestellten Metalleinlagen versehen sein kann. Wie in F i g. 2 dargestellt ist, ist der Teil 155 der Durchführungshülse 154 verjüngt, wodurch ein Absatz 156 gebildet wird. Durch den Absatz 156 der Hülse 154 wird eine Dichtung 157 gegen einen Flansch 158 gedrückt, der auf der oberen Seite des geerdeten Behälters 10 angeschweißt ist.

Hierdurch wird der Durchführungsbolzen 152 der Durchführungen 153 in den Behälter 10 gasdicht eingeführt.

Auf das obere Ende des Durchführungsbolzens 152 ist eine Metallplatte 159 aufgeschraubt, die mit mehreren über den Umfang verteilten Bohrungen versehen ist, durch die sich Schraubenbolzen 160 aus Isoliermaterial erstrecken. Die Schraubenbolzen 160 tragen mehrere Widerstandsscheiben 161, die gegeneinandergedrückt werden. Die einzelnen Widerstandsscheiben 161 sind in Reihe geschaltet. Die leitende Verbindung zwischen den Widerstandsscheiben 161 wird durch federnde Elemente 162 hergestellt. In Fig. 2 sind diese Verbindungen nur schematisch dargestellt. In der Praxis werden die in dem USA.-Patent 2 632078 angegebenen Verbindungen verwendet, in dem auch die Ausbildung der Widerstandsscheiben beschrieben und dargestellt ist. Die Widerstandsscheiben 161 werden durch Muttern 163 zusammengehalten, die auf die Schraubenbolzen 160 aufgeschraubt sind. Das die Widerstandsscheiben aufnehmende Porzellangehäuse 13 steht unter der Wirkung von Federn 164. Die Federn 164 sind auf die Schraubenbolzen 160 aufgesteckt und legen sich mit ihren unteren Enden gegen eine mit öffnungen versehene Platte 165. Das obere Ende der Federn 164 legt sich gegen Muttern 166, die auf die oberen Enden der Schraubenbolzen 160 aufgeschraubt sind. Eine Abdeckkappe 167 aus Metall ist an der Platte 165 mit Hilfe nicht dargestellter Mittel befestigt. Die rohrförmige Leitung 16 ist an der Stelle 168 an einem Anschlußstück 169 der Platte 165 angeschraubt. Zwischen dem oberen Ende des Porzellangehäuses 13 und der Platte 165 ist eine Dichtung 171 vorgesehen, so daß das Gehäuse 13 mit einem Isoliermittel, z. B. Öl, gefüllt werden kann.

Die beschriebene Schalterausführung ist besonders

vorteilhaft, da keine zusätzliche Halterung für die Zwischenelektrode 86 benötigt wird. Durch den zu der Hauptstromunterbrechungseinrichtungie parallel geschalteten Widerstand wird zu den Schaltstücken 40 und 63 ein Parallelstrompfad geschaffen, der von den Widerstandsscheiben 161 der rohrförmigen Leitung 16 und dem äußeren Ende 95 (F i g. 2) der Durchführung 12 gebildet wird.

Um das Ausströmen der Druckluft aus der Durchführung 11 zu verhindern, ist ein Konservator 96 vorgesehen (F i g. 5 A). Der Konservator 96 enthält

eine Absperrvorrichtung 97, durch die sich ein schmaler Kanal 98 erstreckt. Der als Kolben ausgebildete Teil 101 der Absperrvorrichtung 97 gleitet in einem Zylinder 100, der einen Teil einer Verschlußkappe 99 bildet. Der Kolben 101 der Absperrvorrichtung 97 legt sich gegen eine ringförmige Dichtung 102, die durch einen Ring 103 in ihrer Lage gehalten wird. Der Ring 103 ist mit Hilfe der Schrauben 104 an der Verschlußkappe 99 befestigt. In der Verschlußkappe 99 ist eine ins Freie führende öffnung 105 vorgesehen. Ein mit dem Kolben 101 der Absperrvorrichtung 97 verbundener Deckel 106 legt sich gegen eine ringförmige Dichtung 107, die in eine Nut 108 eines Flansches 109 eingelegt ist. Hierdurch wird in der Ausschaltstellung des Schalters das Ausströmen von Druckluft aus dem Raum 110 der Durchführung 11 verhindert.

Die Absperrvorrichtung 97 besitzt eine Bohrung 111, in der ein Führungsstück 112 gleitet, das an der Verschlußkappe 99 durch geeignete Mittel befestigt ist. Um eine Entlüftung des im Innern des Durchführungsbolzens 76 gelegenen Raumes 110 zu ermöglichen, ist ein Ventil 113 vorgesehen. Das Ventil 113 besitzt einen konisch ausgebildeten Ventilteller 114, der sich unter der Wirkung einer Feder 115 gegen einen Ventilsitz 116 legt, der zusammen mit dem Deckel 106 der Absperrvorrichtung 97 bewegt wird. Der Ventilteller 114 wird durch eine Stange 117 von seinem Sitz 116 entfernt, die sich an dem beweglichen Schaltstück 89 der Unterbrechungseinrichtung 19 anlegt (Fig. 5C). Wie Fig. 5C und 5D zeigen, wird in der Einschaltstellung des Schalters der Ventilteller 114 durch die Stange 116 entgegen der Wirkung der Feder 118 von seinem Sitz 116 abgehoben und in dieser Lage gehalten. Hierdurch wird der Raum 110 mit dem Außenraum 49 verbunden, so daß der in diesem Raum herrschende Druck auf Atmosphärendruck absinkt.

Wie Fig. 5A zeigt, ist auf den Durchführungsbolzen 76 an der Stelle 120 ein Federlager 119 aufgeschraubt. Gegen einen Anschlag 122 legen sich mehrere Federn 121. Der Anschlag 122 besitzt mehrere über den Umfang verteilte und mit Gewinde versehene Bohrungen 123. Durch die Federn 121 und einen ringförmigen Flansch 125 erstrecken sich Schraubenbolzen 124, wodurch ein Porzellangehäuse 126 auf Druck beansprucht wird. Das Porzellangehäuse 126 wird durch ein Metallgehäuse 127 verschlossen, so daß die Durchführung 11 mit einer Isolierflüssigkeit, z. B. öl, gefüllt werden kann. Der mit 128 bezeichnete Raum ist nur bis zu der Stelle 129 mit Isolierflüssigkeit gefüllt, wodurch ein Raum 130 für die Ausdehnung der Isolierflüssigkeit geschaffen wird. Auf dem oberen Teil des Metallgehäuses 127 ist ein Sicherheitsventil 131 befestigt. Dieses Ventil hat die Aufgabe, das Auftreten zu hoher Drücke im Innern des Gehäuses zu vermeiden. Das Ventil wird bei einem Druck von ungefähr 3 bis 4 atü geöffnet.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung zu entnehmen ist, hat die durch Erregung der Spule 27 hervorgerufene Betätigung des Steuerventils 26 eine Verminderung des Druckes in der Steuerleitung 24 zur Folge. Hierdurch wird der Druck in dem auf der Rückseite der Kolbenvorrichtung 57 gelegenen Raum 132 reduziert (Fig. 5D). Dies hat eine nach links gerichtete Bewegung der Kolbenvorrichtung zur Folge, wobei die Schaltstücke 40 und 63 der Unterbrechungseinrichtung 18 getrennt werden und zwischen diesen ein Lichtbogen 66 gezogen wird.

Der zwischen den Schaltstücken 40 und 63 gezogene Lichtbogen 66 wird durch den nach innen gerichteten Druckluftstrom auf die aus lichtbogenfestem Material hergestellten Teile 51 und 67 getrieben und dann gelöscht. Hierdurch wird der über den Pol 4 fließende Strom gezwungen, über den Widerstand 15 zu fließen, wodurch die Höhe des

ίο Stromes vermindert, der Leistungsfaktor verbessert und der Anstieg der an den Teilen 67 und 51 auftretenden wiederkehrenden Spannung verringert wird. Da die Öffnung 42 der Zwischenelektrode 86 sehr eng ist, erfolgt die Druckabnahme in dem hinter der Kolbenvorrichtung 83 gelegenen Raum 140 nicht sofort. Die Schaltstücke 40 und 63 der Hauptstromunterbrechungseinrichtung 18 werden daher eher als die Schaltstücke 75 und 89 der Reststromunterbrechungseinrichtung 19 getrennt. Nachdem das

ao unter hohem Druck stehende Gas durch die enge Bohrung 42 aus dem Raum 140 ausgeströmt ist, wird die Kolbenvorrichtung 83 betätigt, wodurch die Trennung der Schaltstücke 75 und 89 der Reststromunterbrechungseinrichtung 19 erfolgt. Der zwischen den Schaltstücken 75 und 89 gezogene Reststromlichtbogen wird durch den nach innen gerichteten Gasstrom auf die aus lichtbogenfestem Material hergestellten Teile 77 und 94 der Schaltstücke getrieben und dann gelöscht. Es ist noch zu bemerken, daß zu Beginn des Ausschaltvorganges in dem Raum 110 des hohl ausgebildeten Durchführungsbolzens 76 Atmosphärendruck herrscht. Hierdurch wird ein schnelles Ausströmen der Druckluft aus dem Durchführungsbolzen 76 ermöglicht, wobei die Absperrvorrichtung 97 in ihre nicht dargestellte linke Lage gebracht wird, so daß die Druckluft aus der Austrittsöffnung 105 der Verschlußkappe 99 ausströmen kann.

Bei der Ausschaltbewegung der Kolbenvorrichtung 83 der Reststromunterbrechungseinrichtung 19 wird die Führungsstange 87 so lange nach rechts bewegt, bis sich ihr rechtes Ende 133 gegen die Dichtung 134 legt, wodurch die Verbindung zwischen dem Raum 70 und der Steuerleitung 24 unterbrochen wird.

Durch die Führungsstange 87 wird auch die öffnung 135 der Zwischenelektrode 86 verschlossen, wenn sich diese in der in F i g. 4 dargestellten Lage befindet. Dies hat zur Folge, daß die in dem Raum 46 befindliche Druckluft durch die schmale öffnung 136

.50 in den Raum 70 einströmen kann, wodurch die Schaltstücke 40 und 63 der Unterbrechungseinrichtung 18 wieder geschlossen werden. Dies hat ein Schließen des Ventils 44 zur Folge, so daß ein weiteres Ausströmen der Druckluft durch den hohl ausgebildeten Durchführungsbolzen 48 verhindert wird. Bevor die Schaltstücke 40 und 63 wieder geschlossen werden, ist der zwischen den Teilen 77, 94 der Schaltstücke 75 und 89 brennende Reststromlichtbogen gelöscht, so daß die Unterbrechung des Stromkreises durch die Schaltstücke 75 und 89 der Reststromunterbrechungseinrichtung aufrechterhalten wird.

Damit bei der Trennung der Schaltstücke 75 und 89 ein Druckluftstrom mit Sicherheit eintritt und der hohe Druck an den Schaltstücken erhalten bleibt, wird der durch den hohlen Durchführungsbolzen 76 der Durchführung 11 auftretende Druckluftstrom zweckmäßig unterbrochen. Um dies zu erreichen, ist

der Konservator 96 vorgesehen. Das schnelle Wiederschließen des Konservators geht folgendermaßen vor sich: Bei dem zu Beginn der Ausschaltbewegung eintretenden Ausströmen der Druckluft aus dem Raum 110 durch die öffnung 105 gelangt ein Teil der Druckluft durch die schmale öffnung 98 der Absperrvorrichtung 97 in den Raum 143. Der Druck im Raum 143 steigt, und da die Fläche des Kolbens 101 größer als die Fläche des Deckels 106 ist, wird die Absperrvorrichtung 97 geschlossen, d. h., der Deckel 106 legt sich gegen die Dichtung 107, wodurch ein weiteres Ausströmen der Druckluft aus dem Raum 110 des Durchführungsbolzens 76 verhindert wird. Es ist noch zu erwähnen, daß beim Öffnen der Absperrvorrichtung 97 und der darauffolgenden Wiederschließung der Ventilteller 114 seinen Sitz 116 nicht verläßt, da das bewegliche Schaltstück 89 der Reststromunterbrechungseinrichtung 19 das rechte Ende der Stange 117 freigegeben hat, so daß der Ventilteller 114 durch die Feder 115 in seine Schließstellung gebracht wird.

In der Ausschaltstellung des Schalters sind die Schaltstücke 40 und 63 der Hauptstromunterbrechungseinrichtung 18 sowie das Ventil 44 geschlossen, die Schaltstücke 75, 89 der Reststromunterbrechungseinrichtung 19 sowie das Ventil 71 dagegen geöffnet. Die Trennstrecke zwischen den Schaltstücken 75 und 89 steht unter hohem Druck, da die Absperrvorrichtung 97 wieder geschlossen wurde.

Um eine Wiedereinschaltung des Schalters zu bewirken, wird die Spule 27 des elektromagnetisch betätigten Steuerventils 26 entregt. Das Steuerventil gibt die Öffnung 32 frei, so daß Druckluft 31 über die Steuerleitung 24 und die schmale Öffnung 42 in den Raum 140 auf der Rückseite der Kolbenvorrichtung 83 der Unterbrechungseinrichtung 19 strömen kann. Hierdurch wird der Druck in dem Raum 140 erhöht und hiernach die Schaltstücke 75 und 89 der Reststromunterbrechungseinrichtung 19 durch die Feder 84 schnell zur Berührung gebracht. Da die Schaltstücke 40 und 63 der Unterbrechungseinrichtung 18 sich bereits in der Einschaltstellung befinden, ist somit der Stromkreis über den Schalter 1 geschlossen. Durch die Berührung des beweglichen Schaltstückes 89 mit der Stange 117 wird der Ventilteller 114 von seinem Sitz 116 entfernt, wodurch der Raum 110 über die Öffnungen 137 mit dem Raum 96 verbunden wird, so daß die in dem Raum 110 befindliche Druckluft entweichen kann. Hierdurch wird gleichzeitig ein Ausströmen des unter hohem Druck stehendes Gases aus dem Raum 143 der Verschlußkappe 99 über die schmale Öffnung 98 in den Raum 110 ermöglicht, der nun unter einem niedrigen Druck steht. Die Räume 110 und 143 stehen nun unter Atmosphärendruck. Der Schalter ist somit für eine darauffolgende Abschaltung bereit.

Der Schalter gemäß der Erfindung hat durch die Verwendung eines unter hohem Druck stehenden Gases den Vorteil, daß der Abstand der Lufttrennstrecke und die Länge der Isolierstoffteile erheblich verringert werden kann. Bei dem Schalter gemäß der Erfindung beträgt der Druck 17,5 atü. Ist der Schalter z. B. für eine Nennspannung von 138 kV bestimmt, so beträgt der Scheitelwert der Prüfspannung 440 kV bei einer Frequenz von 60 Hz. Wie aus den in F i g. 7 dargestellten Kurven zu ersehen ist, genügt hierfür eine Lufttrennstrecke von ungefähr 10 cm, wenn die Luft unter einem Druck von 17,5 atü steht. Um eine ungleichmäßige Spannungsverteilung zu berücksichtigen und eine gewisse Sicherheit zu haben, wird man einen Abstand von ungefähr 20 cm wählen. Es ist nicht erforderlich, den Fall zu berücksichtigen, daß an der Lufttrennstrecke ein Überschlag auftreten könnte, weil in dem Schaltergehäuse nur Atmosphärendruck herrscht, da eine derartige Druckabnahme ein Schließen aller Lufttrennstellen des

ίο Schalters zur Folge hat, und zwar bevor sich ein derartiger Druck eingestellt hat.

Wie die in F i g. 7 dargestellten Kurven weiterhin zeigen, beträgt bei einem Druck von 17,5 atü die Uberschlagsspannung einer ungefähr 2 cm langen Lufttrennstrecke 235 kV. Diese Strecke reicht gerade aus, um eine Spannung von 225 kV zu halten, die an einer Lufttrennstelle dann auftreten kann, wenn der Schalter die Abschaltung zwischen zwei phasenverschobenen elektrischen Systemen durchführt, wobei die Phasenverschiebung 180° elektrisch beträgt. Dies ist aber nur ein theoretischer Wert, da die Spannungsbeanspruchung des Schalters durch Spannungsregulierung der beiden Systeme vermindert wird.

Eine weiterhin zur berücksichtigende Größe ist die Uberschlagsspannung, die bei Kriechströmen entlang der Oberfläche der Isolierstoffteile des Schalters auftritt. Die zur Vermeidung von Überschlagen erforderlichen Kriechwege sind aus den in F i g. 8 dargestellten Kurven zu entnehmen. Die Prüfspannung für eine Nennspannung des Schalters von 138 kV beträgt 310 kV effektiv, und zwar 1 Minute. Wie aus der F i g. 8 zu entnehmen ist, beträgt der erforderliche Abstand ungefähr 46 cm bei einem Druck von 14,0 atü. Bei einem Druck von 17,5 atü erhöht sich die Überschlagsspannung, so daß 46 cm als Minimum für die geforderte Prüfspannung zu wählen sind. Bei um 180° elektrisch phasenverschobenen Systemen beträgt die geforderte Spannung 160 kV effektiv. Da bei der Abschaltung an dem niederohmigen Widerstand 15 keine höhere Spannung als 160 kV auftritt, wird das aus organischem Isoliermaterial hergestellte Gehäuse mit einem Kriechweg von ungefähr 20 cm versehen. Das ist erheblich weniger als die für die Prüfspannung geforderten 46 cm, so daß für die Bemessung die 46 cm maßgebend sind. Es ist nicht beabsichtigt, die volle Prüfspannung anzulegen, wenn die Luft nicht nnter dem erforderlichen Druck steht, obgleich bei Atmosphärendruck eine Spannung von 220 kV effektiv erforderlich ist, damit an der 46 cm langen Strecke ein Überschlag auftritt. Diese Spannung ist aber erheblich größer als die Spannung Leiter gegen Erde, die 80 kV effektiv beträgt, so daß an dieser Strecke auch dann kein Überschlag erfolgt, wenn die Luft nicht unter dem gewünschten Druck steht, und zwar während der Zeit, die zur Wiederherstellung des Druckes oder für die Betätigung der Trennstrecke benötigt wird.

Die oben beschriebene Schalterausführung genügt allen spannungsmäßigen Anforderungen; diese sind, wenn die Luft unter einem Druck von 17,5 atü steht, 20 cm Lufttrennstrecke. 2 cm Trennstrecke für die Hauptstromunterbrechungsstelle und ein Kriechweg von 46 cm für die Isolierstoffteile des Schalters.

Abschaltungen bei 10 000 000 kVA und 138 kV sind durch die in F i g. 6 dargestellten Kurven angegeben. Diese Kurven wurden experimentell ermittelt,

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und zwar mit einem Schalter für 69 kV und einer Abschaltleistung von 5 000 000 kVA, wobei die Trennstrecke der Unterbrechungsstelle ungefähr 1 cm betrug. Da bei einer Abschaltung von 10 000 000 kVA bei 138 kV derselbe Strom wie bei einer Abschaltung von 5 000 00OkVA bei 69 kV auftritt, ergibt sich, daß die Induktivität des Stromkreises bei 138 kV doppelt so groß ist wie bei 69 kV, so daß der Anstieg der an der Unterbrechungsstelle auftretenden Spannung in beiden Fällen der gleiche ist. Mit dem gleichen ohmschen Widerstand, wie er bei dem 69-kV-Schalter vorgesehen ist, können also Abschaltungen von 10 000 000 kVA bei 138 kV mit demselben Schalter durchgeführt werden. Die hierfür benötigte Zeit ist aus den in Fig. 6 dargestellten Kurven zu entnehmen. Um den Schalter bei 138 kV und voller Leistung verwenden zu können, ist es jedoch erforderlich, die Isolierstoffteile bzw. die Trennstrecken des Schalters in der bereits angegebenen Weise zu bemessen. Wie F i g. 6 zeigt, kann der Zeitraum für die Unterbrechung durch Verminderung des ohmschen Widerstandes erhöht werden. Diese Verminderung wird durch die Abschaltleistung der Lufttrennstrecke begrenzt, obgleich Abschaltungen bis zu 20000 Ampere mit der Lufttrennstrecke möglich erscheinen.

Es ist zu bemerken, daß die Stromwandler 138 auf die Durchführungen 11 und 12 aufgesteckt sind, und zwar auf den im Innern des Behälters 10 gelegenen Isolierstoffteil 139 bzw. 141. Das rechte Ende der Durchführung 12 ist stets mit dem Außenraum verbunden, und zwar über den Raum 47 des Durchführungsbolzens 48 (F i g. 2). Der Druck im Raum 110 des Durchführungsbolzens 78 der Durchführung 11 ist von der Lage des Ventils 71 und der Lage der Absperrvorrichtung 97 abhängig. Zu Beginn der Ausschaltbewegung herrscht im Raum 110 sowie in dem Raum 143 links der Absperrvorrichtung 97 Atmosphärendruck. Der Ventilteller 114 befindet sich zu dieser Zeit in der Offenstellung. Durch die Trennung der Schaltstücke 75 und 89 der Unterbrechungseinrichtung 19 wird der Ventilteller in seine Schließstellung gebracht und das Ventil 71 geöffnet, so daß ein Druckluftstrom durch den Durchführungsbolzen 76 auftritt, der durch die öffnung 105 ins Freie tritt. Der Ventilteller 114 wird bei der Trennung der Schaltstücke 75 und 89 in die Schließstellung gebracht, so daß die Absperrvorrichtung 97 wieder geschlossen wird. Die Trennung der Schaltstücke 75, 89 erfolgt also in einem Raum, der unter hohem Druck steht, wodurch die erforderliche Druckluftmenge sowie die benötigte Lufttrennstrecke verringert wird.

Der Aufbau der Durchführungen 11 und 12 entspricht dem der üblichen Durchführungen. Es ist lediglich erforderlich, diese mit hohlen Durchführungsbolzen zu versehen, wobei das äußere Ende der Durchführung 11 so ausgebildet werden muß, daß es den Konservator 96 aufnehmen kann. Zweckmäßig werden die Durchführungen als Kondensatordurchführungen ausgebildet und zur Füllung der Durchführung eine für Durchführungen übliche Flüssigkeit benutzt. Die Porzellanteile 126 stehen zweckmäßig unter der Wirkung von Federn, die im Innern der Durchführung angeordnet sind.

Um das Ausströmen der Druckluft entlang des Isolierstoffteiles 139 zu vermeiden, ist eine Dichtung 145 (F i g. 5 B) vorgesehen, die zwischen dem Ansatz des Isolierstoffteiles 139 und dem Zwischenflansch 147 der Durchführung 11 angeordnet ist. Der Zwischenflansch 147 ist an dem linken Ende des Behälters 10 angeschraubt (F i g. 2). In ähnlicher Weise wird das Ausströmen der Druckluft entlang der Durchführung 12 verhindert.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich, daß ein Druckluftschalter geringerer Abmessungen geschaffen wurde, bei dem das unter hohem

ίο Druck stehende Gas nicht nur als Löschmittel, sondern auch als Isoliermittel verwendet wird. Da das unter hohem Druck stehende Gas eine hohe dielektrische Festigkeit besitzt, wird nur eine kleine Lufttrennstrecke benötigt. Der Antrieb des Schalters ist so ausgebildet, daß die öffnung der Hauptstromunterbrechungseinrichtung und der Reststromunterbrechungseinrichtung nacheinander erfolgen, wobei der Teil 87 des beweglichen Schaltstückes der Reststromunterbrechungseinrichtung als Ventil dient, das die Niederdruckleitung auf der Rückseite der Kolbenvorrichtung 57 der Hauptstromunterbrechungseinrichtung 18 verschließt. Obgleich der Antrieb sehr einfach ausgeführt ist und aus nur wenigen Teilen besteht, ist die Gewähr gegeben, daß bei der Trennung der Schaltstücke sofort ein Druckluftstrom auftritt.

Da ein geerdeter Behälter 10 aus Metall verwendet wird, an dessen Enden je eine Durchführung vorgesehen ist, ergibt sich eine sehr stabile Schalterausführung, die sowohl Erdbeben als auch anderen Störungen wiederstehen kann.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit einer Unterbrechungseinrichtung, zu der ein Widerstand parallel geschaltet ist (Hauptstromunterbrechungseinrichtung), und mit einer mit dieser in Reihe liegenden Unterbrechungseinrichtung (Reststromunterbrechungseinrichtung), bei dem beim Ausschalt-Vorgang die Hauptstromunterbrechungseinrichtung zuerst geöffnet und, nachdem die Reststromunterbrechungseinrichtung den Stromkreis unterbrochen hat, wieder geschlossen wird, bei dem ferner die Kontakte beider Unterbrechungseinrichtungen in einem mit unter Druck stehendem Gas, insbesondere Luft, gefüllten Behälter aus Metall untergebracht und von je einer an dem Behälter an gegenüberliegenden Seiten angebrachten Durchführung getragen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter geerdet ist und die Isolation der festen Kontakte gegen Erde nur durch die Kontakte tragende Durchführungen erfolgt.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontakte von einem den Widerstand enthaltenden, am Behälter befestigten Isolator getragen werden.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator ein Rohr trägt, in dem die beweglichen Kontakte geführt sind.

4. Druckgasschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Rohres als Kontaktfinger ausgebildet sind, die auf den beweglichen Kontakten gleiten.

5. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der die festen Kontakte tragenden Durchführungen hohl ausgebildet sind, als Ausströmöffnungen für die Schalt-

gase dienen und durch die als bewegliche Ventilglieder ausgebildeten beweglichen Kontakte verschließbar sind.

6. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kontakt der Reststromunterbrechungsemrichtung als Ventil dient, daß in seiner Ausschaltstellung die Ein-

schaltung der Hauptstromunterbrechungseinrichtung veranlaßt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 700791, 738 528, 646;
britische Patentschriften Nr. 713 798, 764 647.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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