DE1204304B - Leistungsschalter mit einem elektronegativen Gas als Lichtbogenloeschmittel - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/10

Nummer: 1 204 304

Aktenzeichen: W 32632 VIII d/21 c

Anmeldetag: 19. Juli 1962

Auslegetag: 4. November 1965

Es sind Leistungsschalter mit einem Speicher bekannt, der ein elektronegatives Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid und/oder Selenhexafluorid, unter einem höheren Druck als Atmosphärendruck enthält. Das elektronegative Gas dient als Löschmittel. Es wird mit Hilfe einer Pumpe, üblicherweise eines Kolbenkompressors, in den Speicher gefüllt. Aus dem Speicher kann es im Ausschaltaugenblick durch öffnen eines Ventils über die Schaltstrecke in einen Niederdruckraum strömen. Dabei löscht es den Ausschaltlichtbogen an der Schaltstrecke. Wenn der Druck im Speicher einen bestimmten Wert unterschreitet, wird der Kompressor in Gang gesetzt. Er saugt das Gas aus dem Niederdruckraum an und fördert es in den Speicher zurück. Dadurch wird im Speicher ein konstanter Druck aufrechterhalten.

Schalter der genannten Art wurden bisher in einer Schaltrichtung durch Druckluft angetrieben. Sie besitzen zu diesem Zweck eine Druckluftversorgungsanlage, zu der ebenfalls ein Speicher und ein Korn- ao pressor gehören. Beide Kompressoren, nämlich der für die Druckluft und der für die elektronegativen Gase, wurden bisher von Elektromotoren angetrieben. Dies erfordert einen erheblichen Aufwand, da nicht nur die beiden Kompressoren und ihre Motoren ständig zuverlässig und möglichst wartungsfrei arbeiten müssen, sondern für jeden Kompressor auch noch ein genau wirkendes Steuersystem benötigt wird.

Gemäß der Erfindung ist dagegen vorgesehen, daß bei einem mit Druckluft betätigten Leistungsschalter erfindungsgemäß die Pumpe unabhängig vom Ausschaltvorgang mit der als Antriebsmittel bekannten Druckluft betätigt wird, um einen vorgegebenen Druck im Speicher aufrecht zu halten. Man benötigt dann nur einen Elektromotor zum Antrieb des Kompressors für die Druckluft. Der andere Kompressor ist durch die mit Hilfe der Druckluft betätigte Pumpe ersetzt. Seine Steuerung ist verhältnismäßig einfach, da man, ein bestimmtes Verhältnis der Drücke vorausgesetzt, keine besonderen Überwachungseinrichtungen braucht.

Es ist zwar bereits ein Leistungsschalter bekannt, bei dem eine mit Druckluft betätigte Pumpe zum Verdichten des Löschmittels dient. Als Löschmittel wird aber bei dem bekannten Schalter kein elektronegatives Gas, sondern ebenfalls Druckluft verwendet, die lediglich im Auschaltaugenblick kurzzeitig komprimiert wird. Das Verdichten erfolgt aber nicht unabhängig vom Ausschaltvorgang, geschweige denn zu dem Zweck, einen bestimmten Druck aufrechtzuhalten, denn ein Speicher ist bei dem bekannten Leistungsschalter mit einem elektronegativen Gas als Lichtbogenlöschmittel

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,

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

Vertreter:

Dr. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Benjamin P. Baker, Monroeville, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 1. August 1961 (130 224)

Schalter gar nicht vorhanden. Deshalb kann der bekannte Schalter auch keine so großen Schaltleistungen wie der Schalter nach der Erfindung erreichen.

Im folgenden werden an Hand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Membrankompressors gemäß der Erfindung in vergrößertem Maßstab, wobei einzelne Teile geschnitten sind;

F i g. 2 zeigt eine geänderte Ausführung eines Ventils, das bei dem Membrankompressor nach F i g. 1 verwendet wird;

F i g. 3 ist eine geänderte Ausführung der Pumpeinrichtung, die besonders für Gassysteme geeignet ist, deren Niederdruck unterhalb des Atmosphärendrucks liegt;

Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Pumpeinrichtung für Gassysteme mit einem höheren Druck im Niederdruckteil.

Bei der folgenden Erläuterung der Erfindung ist der mit Druckluft betätigte Leistungsschalter mit einem Speicher, der ein elektromagnetisches Gas enthält, der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In den Figuren ist lediglich die erfindungsgemäß mit Hilfe von Druckluft betätigte Pumpeinrichtung gezeichnet. Als derartige Pumpeinrichtung ist vorzugsweise ein Membrankompressor 45 verwendet, der im einzelnen in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt ist. Ein solcher Membrankompressor umfaßt im allgemeinen eine flexible Metall-, Gummi- oder PoIytetrafluoräthylenmembran 74 und zwei an diese an-

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grenzende Pumpräume 75,76, die von gegeneinander stoßenden kreisförmigen Scheiben 77, 78 mit konkaven Innenflächen 79, 80 gebildet werden.

Die obere Seite der flexiblen Metallmembran 74 ist immer dem SF₆-GaS ausgesetzt. Sie wird dadurch betätigt, daß die andere Seite abwechselnd einem Hochduckantriebsgas ausgesetzt wird, beispielsweise der Druckluft aus dem Druckluftsystem 89, und dann auf den Niederdruck entleert wird, indem die Druckluft wieder an die Atmosphäre abgeführt wird.

Wie erwähnt, gehören zu dem Membrankompressor 45 eine Membran 74 und zwei Platten 77, 78, von denen jede eine kugelsegmentförmige Ausnehmung 75 bzw. 76 aufweist. Die obere Ausnehmung 75 steht mit dem Hochdruck-SF₆-System über ein Ringrückschlagventil 82 in Verbindung, mit dem Niederdruck-SF₆-System über ein zweites Ringrückschlagventil 83. Die untere Ausnehmung 76 steht mit dem Hochdruckluftsystem über die Kanäle in einem Schieber 85 in Verbindung, wie in F ί g. 1 dargestellt ist. Der Schieber 85 gestattet ferner eine Verbindung mit der Atmosphäre, wenn er nach rechts bewegt wird. Der Schieber 85 wird von einem kleinen Motor 86 über eine Stange 87 angetrieben. Die Motorleistung beträgt beispielsweise V₈ PS.

Wenn der Schieber 85 nach links bewegt wird, strömt Hochdruckluft durch die Leitung 89 zu und drückt die Membran 74 nach oben, so daß das SFg-Gas komprimiert und durch das Rückschlagventil 82 in das Hochdrucksystem gefördert wird. Wenn der Schieber 85 nach rechts bewegt wird, wird ein Weg für die Druckluft unter der Membran 74 zur Atmosphäre hin durch die übereinstimmenden Auslaßöffnungen 90, 91 freigegeben. Wenn dies geschieht, drückt das Niederdruck-SF₆ die Membran 74 nach unten. Die Ausnehmung 75 füllt sich mit SF₆ von verhältnismäßig geringem Druck als Vorbereitung für einen Kompressionshub. Das SF₆-System ist mithin vollständig gegen die Atmosphäre abgeschlossen sowie auch gegen die Antriebsluft und andere Verunreinigungen verursachende Stoffe, wie beispielsweise öl. Der Kompressor 45 ist klein, einfach und billig herzustellen. Er bezieht seine Antriebskraft von dem Druckluftsystem 41, abgesehen von dem kleinen Motor 86 zur Betätigung des Ventilschiebers 85.

Fig. 2 zeigt eine vorzugsweise Ausführungsform des Schiebers 85 a. Dabei ist der Druck längs des ganzen Umfanges ausgeglichen, um die gleitende Reibung zu verringern. Die Hochdruckluft wird durch die Öffnung 94, die kreisringförmige Ausnehmung 95, den Einlaß 96 und die Bohrungen 97 in die untere Ausnehmung 76 unterhalb der Membran 74 zugeführt. Zweck der mit Abstand angeordneten öffnungen 97 ist es, eine Verformung der Membran 74 während des Auslaßhubes zu verhindern.

Fig. 2 läßt ferner erkennen, daß, wenn die Verbindungsstange 87 den Schieber 85 α nach links bewegt, eine Übereinstimmung zwischen der Auslaßöffnung 90 und der Auslaßöffnung 91 erreicht wird. Wegen des zurückgesetzten Teiles 98 des Ventilstößels 99 ergibt sich ein Druckausgleich rings um den gesamten Umfang des Schiebers 85 a. Dadurch wird die Reibung verringert.

Unter Bezug auf Fig. 3 wird bemerkt, daß darin eine geänderte Ausführungsform des Kompressors als Ganzes mit 100 bezeichnet ist. Der Kompressor 100 umfaßt einen hin- und hergehenden Kolben 101 in einem Zylinder 102. Ein Einlaßventil 103 wird durch eine Druckfeder 104 in die Schließstellung gedrückt. Außerdem wird ein Auslaßventil 105 durch eine Druckfeder 106 in die Schließstellung bewegt. Das Auslaßventil gestattet das Ausströmen von Hochdruck-SF₆ aus dem Kompressionsraum 107 beim Verdichtungshub des Kompressors.

In gleicher Weise wie bei dem Membrankompressor nach F i g. 1 der Zeichnung ist ein Ventilschieber 85 vorhanden, der durch eine Antriebsstange 87 hin- und hergehend bewegt wird. In dem Zylinder 109 des Schiebers sind Auslaßöffnungen 90, 91 vorgesehen, die zu bestimmten Zeiten entsprechend der Stellung des Schiebers 85 in Übereinstimmung gebracht werden, wie in F i g. 3 dargestellt ist.

Bei einer nach rechts gericheten Bewegung des Schiebers 85 werden die Auslaßöffnungen 90, 91 durch den Schieberteil 110 blockiert. Die Einlaßöffnungen 111, 112 sind durch den abgesetzten Teil 113 des Schiebers 85 in Verbindung gebracht.

Es wird nunmehr ersichtlich, daß bei der Membrankonstruktion nach Fig. 1 die Membran nur auf den Gasdruck anspricht. Das Gerät ist daher ungeeignet, wenn der Niederdruck nahezu Atmosphärendruck ist, weil dann das Rückschlagventil zur Füllung des Raumes 75 nicht mehr geöffnet werden kann. Der Kompressor 100 nach F i g. 3 der Zeichnung besitzt dagegen eine Zylinder- und Kolbeneinrichtung, bei der eine Feder 114 dem Kolben 101 zugeordnet sein kann, um ihn zurückzutreiben und den Zylinder 102 mit Gas zu füllen, wenn das Niederdruckgas einen kleineren Druck als Atmosphärendruck aufweist. Wenn das Niederdrucksystem bei einigen Zehnteln von Atmosphären oberhalb Atmosphärendruck arbeitet, ist es nicht notwendig, die Feder 114 zu verwenden.

Es ist festzuhalten, daß der Kolben 101 Kolbenringe 115 aufweist und durch den unausgeglichenen Gasdruck ebenso wie die Membran 74 des Membrankompressors 45 nach Fig. 1 betätigt wird. Deshalb ist es möglich, den Kolben 101 fest auf eine federnde Dichtung 116 bei jedem Ende des Hubes aufsetzen zu lassen. Dadurch ergibt sich eine gute Dichtung zwischen dem Gassystem oberhalb des Kolbens 101 und der Antriebsluft unterhalb. F i g. 3 zeigt nur die Dichtung am unteren Ende 116. Die Gefahr einer Mischung der Antriebsluft und des Pumpgases wird durch den Kolbenring 115 stark verringert, der als Dichtung nur bei der Pumpbewegung selbst wirkt. Bei dieser Bewegung ist über einen großen Teil der Zeit die Druckdifferenz am Kolben 101 verhältnismäßig gering.

Als Ergebnis der vorgenannten Anordnung wird ein zusätzlicher Kompressor vermieden. Das Betätigungsgas für den Antrieb, beispielsweise Luft, dient also zwei Zwecken. Erstens betätigt es den pneumatischen Antrieb für die Schaltstücke, zweitens dient die Luft als Antriebsmittel für den Kompressor 45, 100 zum Verdichten des Löschgases, beispielsweise SF₆, von einem verhältnismäßig niedrigen Wert auf einen höheren Wert, der für eine geeignete Löschung erforderlich ist.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Mit Druckluft betätigter Leistungsschalter mit einem Speicher, der ein elektronegatives Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid oder Selen-

hexafluorid, unter einem höheren Druck als Atmosphärendruck enthält und mit Hilfe einer Pumpe gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe unabhängig vom Ausschaltvorgang mit der als Antriebsmittel bekannten Druckluft betätigt wird, um einen vorgegebenen Druck im Speicher aufrechtzuhalten.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, mit einer Pumpe, die eine hin- und hergehende bewegliche Wand aufweist, deren eine Seite einem mit dem zu verdichtenden Gas gefüllten geschlossenen Raum zugekehrt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Seite periodisch mit Druckluft beaufschlagt wird und daß der geschlossene Raum über ein Ventil mit dem Speicher in Verbindung steht.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schieber zur Steuerung der Druckluftzufuhr zur Pumpe.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber von einer rotierenden Maschine in Bewegung gesetzt wird.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber von einem Elektromotor in Bewegung gesetzt wird.

6. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe aus zwei Pumpkammerhälften besteht, von denen jede eine Ausnehmung aufweist, daß die Pumpkammerhälften mit den Ausnehmungen einander zugekehrt sind und zwischen sich eine Membran einschließen und daß die eine Ausnehmung mit dem Speicher und die andere mit einem Ventil in Verbindung steht, durch das sie abwechselnd mit Druckluft gefüllt und mit der Atmosphäre verbunden wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 568019, 639 299.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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