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Druckgasschalter mit mindestens zwei Leistungsschaltstellen pro Pol
Die Erfindung betrifft einen Druckgasschalter mit mindestens zwei Leistungsschaltstellen
pro Pol, die in einer wenigstens im Ausschaltzustand unter überdruck stehenden Schaltkammer
untergebracht sind, wobei die ortsfesten Kontakte aus zwei mit Abstand voneinander
angebrachten Löschdüsen bestehen, die mit einer beweglichen Kontaktbrücke zusammenwirken.
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Elektrische Hochspannungsleistungsschalter mit Vielfachunterbrechung
werden in bekannter Weise aus einer Anzahl gleicher Funktionselemente hergestellt.
So werden beispielsweise mehrere gleichartige Schaltstellen in Serie aneinandergereiht
und dabei meist zwei Schaltstellen steuerungsmäßig zusammengefaßt und auf einem
Isolator angeordnet. Mit steigender Betriebsspannung nimmt bei einer solchen Bauweise
auch die Zahl der Schaltstellen zu. Bei gleichzeitig steigender Schaltleistung kann
es notwendig sein, die Zahl der Schaltstellen nochmals zu vergrößern, so daß bei
gleicher Betriebsspannung der Schalter mit dem höheren Schaltvermögen eine größere
Anzahl von Schaltstellen erhalten muß als der Schalter mit dem niederen Schaltvermögen.
Die höhere Betriebsspannung hat ebenfalls eine Zunahme an Bauhöhe zur Folge.
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Beide Tatsachen rufen gewisse Schwierigkeiten im funktionsmäßigen
Ablauf der Steuerung aller beweglichen Bauteile hervor. Die einzelnen Schaltstellen
müssen besonders bei der Einschaltung innerhalb eines eng begrenzten Zeitraumes
schließen. Zu große Streuungen in den Eigenzeiten der einzelnen Schaltstellen untereinander
können zu erheblichen überbeanspruchungen der Isolierstrecken und der Schaltwiderstände
führen und damit Anlaß zu schweren Schäden geben. Aus diesem Grunde müssen Eigenzeitstreuungen
so weit wie möglich vermieden werden.
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Bekannt sind Druckluftschalter mit zwei gegeneinander gerichteten
Düsen, von denen aber mindestens eine zum Zwecke des Schaltens beweglich angeordnet
ist. Bei derartigen Schaltern mit verhältnismäßig schweren beweglichen Düsenkontakten
ergeben sich stets gewisse Schwierigkeiten, da bereits die unvermeidlichen Fertigungstoleranzen
wegen unterschiedlicher Reibung oder Massenkräfte Zeitstreuungen verursachen. Auch
durch die Reihenschaltung von Ventilen im Steuerungssystem werden Streuungen hervorgerufen.
Mechanische, pneumatische oder hydraulische Steuerungssysteme müssen oft mit einem
erheblichen Aufwand einstellbar -gestaltet werden. Dies gilt insbesondere dann,
wenn mehrere dieser Doppeldüsen in Reihe angeordnet sind. Ein absoluter Gleichlauf
sämtlicher einzeln angetriebener Düsenkontakte ist trotzdem praktisch nicht zu erreichen.
Außerdem führt die Einstellung dieser Antriebe wegen des notwendigen Zeitaufwandes
zu erheblichen Kosten.
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Es ist weiterhin ein Druckluftschalter bekannt, bei dem beide gegeneinandergerichteten
Düsen feststehend sind. Beim Einschalten tritt zwischen die in den Düsen angeordneten
Kontakte ein Schaltmesser. Dieses Schaltmesser hat nur eine geringe Dicke, so daß
die Kontakte nach der Stromunterbrechung durch Entfernen des Schaltmessers nur einen
geringen Abstand voneinander haben. Dadurch wird die Spannungsfestigkeit erheblich
herabgesetzt. Ferner ist diese bekannte Anordnung nicht für Schalter geeignet, bei
denen sich die Schaltstellen in einer im Ausschaltzustand unter überdruck stehenden
Schaltkammer befinden. Eine Druckkammer für eine derartige Düsen- und Kontaktanordnung
müßte eine erhebliche Größe haben, um eine freie Beweglichkeit des Schaltmessers
zu gewährleisten. Bei dem bekannten Schalter handelt es sich um einen Freistrahlschalter,
bei dem der Druck zwischen den Kontakten nach der Ausschaltung den atmosphärischen
Druck nicht überschreitet.
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Mit der Erfindung wird die Aufgabe gelöst, die Mängel an den herkömmlichen
Leistungsschaltern zu vermeiden und gleichzeitig ein Höchstmaß an Gleichzeitigkeit
bei einem Minimum an bewegten Massen zu erreichen. Dies geschieht dadurch, daß die
mit den festen Düsenkontakten zusammenwirkende Kontaktbrücke erfindungsgemäß als
Schaltscheibe ausgebildet ist, die um eine zwischen den Löschdüsen und senkrecht
zu den Düsenachsen stehende Achse schwenkbar ist.
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Die Schaltscheibe wird von einem Isoliergestänge bewegt, dessen Antriebselemente
im gleichen Raum wie die Schaltkontakte liegen. Die Anordnung kann
ferner
so getroffen werden, daß mehrere Schalteinheiten baulich zusammengefaßt und vom
gleichen Isoliergestänge bewegt werden. Es ist vorteilhaft, wenn zwei aneinanderstoßende
Löschdüsen auf ein gemeinsames Blasventil arbeiten. Die Schalteinrichtung nach der
Erfindung hat den besonderen Vorteil, daß durch den geringen Aufwand beweglicher
Bauelemente ein sicherer Gleichlauf mehrerer in Reihe geschalteter Leistungsschaltstellen
gewährleistet ist. Die Spannungsfestigkeit in ausgeschaltetem Zustand ist hoch,
da die schwenkbare Schaltscheibe einen großen Abstand der Düsenkontakte ermöglicht.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine Doppelschaltkammer,
F i g. 2 die Schaltscheibe.
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In F i g. 1 ist eine von mehreren übereinander-oder nebeneinanderliegenden
Schaltkammern dargestellt. Sie wird von einem Isoliergehäuse 1 gebildet, das die
beiden ortsfesten Löschdüsen 2 und 3 aufnimmt. Diese weisen Abbrandelektroden 4
und Mittel s zur Kühlung der heißen Schaltgase auf. Die Löschdüsen 2 und 3 sind
mit metallischen oder metallisierten Schirmen 6 und 7 versehen, auf deren feldfreier
Rückseite die festen Schaltstücke 8 und 9 angeordnet sind. Diese können beispielsweise
aus mehreren federnden Fingerkontaktstücken bestehen, von denen das eine, 10, so
ausgebildet ist, daß an ihm der Lichtbogen gezogen wird.
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Mit den festen Kontaktstücken 8 und 9 wirken auf der schwenkbaren
Schaltscheibe 11 angeordnete hakenförmige Kontaktelemente 12 und 13 zusammen. Die
Schaltscheibe 11 kann aus gut leitendem Material gefertigt sein und in ihrer Mitte
einen Auftrag 14 aus schwer schmelzbarem Werkstoff aufweisen. In der Mitte der Schaltscheibe
ist ferner eine Bohrung 15 vorgesehen. Es ist vorteilhaft, die Scheibe
11 aus einem Isoliermaterial, vorzugsweise Gießharz, zu fertigen und für
die Stromzufuhr zu den Kontaktelementen 12 und 13 besondere leitende Beläge oder
Einlagen zu verwenden. Bei der Schaltscheibe nach dem Ausführungsbeispiel, insbesondere
F i g. 2, ist die leitende Einlage in Form eines Ringes 16 vorgesehen. Die Scheibe
ist um Zapfen 17 in einem besonderen Teil schwenkbar gelagert.
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Mit ihrem Rand greift die Schaltscheibe 11 in Ausnehmungen oder Mitnehmer
18 und 19 von Isolierstangen 20 und 21 ein, die in Längsrichtung der
Schalteinheit verschiebbar angeordnet sind. Der Antrieb des Isoliergestänges kann
in pneumatischer, mechanischer, hydraulischer oder elektrischer Weise erfolgen.
Im Ausführungsbeispiel ist ein pneumatischer Antrieb über die Kolben 22 und 23 gewählt
worden. Das Isoliergestänge 20 und 21 kann für den Antrieb der Schaltscheiben mehrerer
übereinanderliegender Schaltstellen dienen. Auch ist es möglich, das Isoliergestänge
bis zu den geerdeten Schalterteilen zu verlängern und dort den eigentlichen Antrieb
vorzusehen. Zur Führung des Gestänges dient ein Hebel 28, an dem ein Rollenhebel
29 angreift. Der Hebel 29 wirkt mit einer von einer Druckfeder 30 belasteten
Ringscheibe 31 zusammen, die die Löschdüse 2 umfaßt. Die Teile
29 bis 31 wirken dabei als Totpunktgetriebe zur exakten Festlegung
der Endstellung des Schalters.
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Zwei Schaltkammern werden durch ein Zwischengehäuse 32 verbunden,
an das ein gemeinsames Blasventil 33 angebaut ist. Die untere Löschdüse 2 der Schaltstelle
weist ein Blasventi134 auf. Zur Betätigung der Blasventile dienen mittels Steuerluft
angetriebene Kolben 35, von denen nur der im Blasventil 33 befindliche Kolben durch
einen Längsschnitt sichtbar gemacht ist. Ferner ist ein Schalldämpfer 36 an den
Blasventilen vorgesehen, um die Schaltgeräusche herabzusetzen. Es hat sich gezeigt,
daß es zweckmäßig ist, alle Auspuffleitungen von Steuerventilen auf Hochspannungspotential
in gemeinsamen oder getrennten Schalldämpfern enden zu lassen.
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Der Schalter wirkt in folgender Weise: Der Schalter ist in der Aus-Stellung
gezeichnet. Die Schaltkammer ist mit Druckgas gefüllt. Zwecks Einschaltung wird
der Steuerkolben 23 auf seiner Unterseite über die Leitung 27 mit Druckgas beaufschlagt.
Damit wird das in der Schaltkammer gespeicherte Druckgas an diesem Kolben unwirksam.
Gleichzeitig wird der Steuerraum 24 über die Leitung 26 entlüftet. Dadurch
wird die Isolierstange 22 nach unten verschoben und die Isolierstange 21 über das
Hebelgetriebe 28 nach oben bewegt. Die Schaltscheibe 11 wird dabei um ihre Zapfen
17 geschwenkt und die Kontaktstücke 12 und 13 mit den festen Gegenkontaktstücken
8 und 9 in Berührung gebracht.
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Zur Ausschaltung wird umgekehrt der Steuerraum 24 mit Druckluft beaufschlagt
und der Raum 25 entlüftet. Durch eine geeignete Steuerung werden auch die Kolben
35 der Blasventile 33 und 34 mit Steuerluft beaufschlagt. Die
Schwenkbewegung der Scheibe 11 ruft die Trennung der Kontaktstücke
9 und 12
bzw. 8 und 13 hervor, wobei die Abschaltlichtbögen an den
Kontakten 10 gezogen werden. Die Hakenform der Kontakte 10 und der beweglichen Kontaktstücke
12, 13 bewirkt, daß der Lichtbogen eine Schleife bildet und seine Fußpunkte zu den
leitenden Auflagen 14 auf der Schaltscheibe 11 zuwandern. Durch die
Druckgasströmung wird der Lichtbogen nunmehr in Richtung auf die Düsenöffnung getrieben,
wobei die Bohrung 15 in der Mitte der Schaltscheibe 11 bewirkt, daß der eine Lichtbogenfußpunkt
auf der Scheibe am Rand der Bohrung eine rotierende Bewegung ausführt. Dadurch wird
der Abbrand an der Schaltscheibe gering gehalten. Der andere Lichtbogenfußpunkt
wandert vom festen Schaltstück 10 über den Schirm der Löschdüse schließlich zur
Abbrandelektrode 4. Wenn die auf beiden Seiten der Scheibe 11 angeordneten abbrandfesten
Flächen 14 durch die Bohrung 15 leitend miteinander verbunden werden, brennt der
Lichtbogen in der Endphase von der einen Elektrode 4 zu der anderen Elektrode in
der gegenüberliegenden Löschdüse.
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Es kann vorteilhaft sein, mit dem abbrandfesten Werkstoff in der Mitte
der Schaltscheibe 11 Lichtbogenfangarmaturen zu verbinden, um ein Weiterwandern
des Lichtbogens über die Mitte der Schaltscheibe hinaus zu verhindern. Die Fangarmaturen
können beispielsweise halbschalenförmig ausgebildet sein, wobei die Hohlseite dem
hakenförmigen Kontaktstück zugewandt ist.
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Die durch den Lichtbogen erhitzten Schaltgase treten im Verlauf des
Ausschaltvorganges durch die Löschdüsen 2 und 3 hindurch, werden über die Kühleinrichtung
5 geleitet und gelangen schließlich über die Blasventile 33 und 34 und den Schalldämpfer
36 ins Freie. Nach dem Erlöschen des Lichtbogens in
einem der folgenden
Nulldurchgänge werden die Blasventile wieder geschlossen, und der Schalter befindet
sich wieder in der gezeichneten Ausschaltstellung.