DE1209194B - Elektrischer Schalter, bestehend aus einem Trennschalter und einem mit diesem in Reihe angeordneten Leistungsschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21 c - 40/50

Nummer: 1209 194

Aktenzeichen: W 21226 VIII d/21 c

Anmeldetag: 23. Mai 1957

Auslegetag: 20. Januar 1966

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, bestehend aus einem Trennschalter und einem mit diesem in Reihe angeordneten Leistungsschalter, bei dem beide Schalter mit einem gemeinsamen Antrieb durch ein auf Hochspannungspotential liegendes Getriebe verbunden sind, das beim Ausschalten den Leistungsschalter vor dem Öffnen des Trennschalters öffnet. Der Schalter soll insbesondere zum Schalten von Reihenkondensatoren und Belastungsströmen dienen.

Hochspannungsübertragungssysteme, die sich durch dünnbesiedelte Gebiete erstrecken, haben häufig Stationen mit geringer Isolierung zu beliefern, was bisher die Verwendung von unwirtschaftlichen und kostspieligen Schutzeinrichtungen erforderte, die aus Leistungsschaltern hoher Schaltleistung und Trennschaltern bestehen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schalter verhältnismäßig kleiner Schaltleistung zu schaffen, der aus einer Kombination eines Leistungsschalters mit einem Trennschalter besteht. Die Betätigung des Leistungs- und Trennschalters erfolgt durch eine Antriebsvorrichtung, die von Hand oder durch einen Motor betätigt wird, der entweder von Hand oder durch eine automatische Vorrichtung gesteuert wird, die so eingestellt ist, daß sie beim Auftreten bestimmter Bedingungen anspricht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Trennschalter zu schaffen, der kapazitive Schaltungen ohne Rückzündungen durchführen kann. Durch die Verwendung von großen Reihenkondensatoren bei Spannungen von 15 bis 115 kV werden Trennschalter benötigt, die in der Lage sind, Kondensatoren zu schalten. Die gewöhnlichen Trennschalter sind hierfür nicht geeignet. Die vorliegende Erfindung zeigt den Weg, wie Trennschalter für das Schalten von Kondensatoren ertüchtigt werden können.

Außerdem hat die Erfindung die Aufgabe, eine Antriebsvorrichtung für einen elektrischen Schalter zu schaffen, der eine schnelle Trennung der Schaltstücke bewirkt.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter verhältnismäßig geringer Abschaltleistung, d. h., einen aus einem Trennschalter und einem Leistungsschalter geringer Abschaltleistung bestehenden Schalter, zu schaffen, bei dem die Betätigung der einzelnen Antriebsteile des Schalters in einfacher Weise gesteuert wird. Die Geschwindigkeit der beweglichen Schaltstücke des Leistungsschalters ist vorzugsweise unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der der Schalterantrieb betätiut wird.

Elektrischer Schalter, bestehend aus einem
Trennschalter und einem mit diesem in Reihe
angeordneten Leistungsschalter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepfner, Rechtsanwalt,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Winthrop Moorhead Leeds,

Forest Hills Borough, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 8. Juni 1956 (590138) -

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin,

einen elektrischen Schalter zu schaffen, bei dem mehrere in Reihe geschaltete Unterbrechungsstellen, an denen ein Lichtbogen gezogen wird, in einem gasgefüllten Gehäuse untergebracht sind.

Die Erfindung besteht darin, daß das Getriebe in an sich bekannter Weise als Malteserkreuzgetriebe ausgebildet ist, dessen unstetig bewegter Teil das bewegliche Schaltstück des Leistungsschalters über einen ebenfalls auf Hochspannungspotential liegenden, als Schnappfeder ausgebildeten Kraftspeicher betätigt und dessen stetig bewegter Teil mit dem beweglichen Schaltstück des Trennschalters verbunden ist.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen.

In der Zeichnung ist in den F i g. 1 bis 7 ein Schalter gemäß der Erfindung dargestellt.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Schalters gemäß der Erfindung; die voll ausgezogenen Linien geben die Einschaltstellung des Schalters an;

F i g. 2 zeigt im vergrößerten Maßstab einen Schnitt durch einen Teil des Getriebes, das sowohl den Leistungsschalter als auch den Trennschalter betätigt;

F i g. 3 zeigt teilweise im Schnitt eine Draufsicht des in F i g. 2 dargestellten Getriebes;

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3 4

F i g. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Flansch 30 ist an einem Getriebekasten 34 befestigt,

Leistungsschalter und das Getriebe, wobei das Ge- der eine obere metallische Platte 35 und eine untere

triebe und die Schaltstücke in der Einschaltstellung metallische Platte 36 besitzt. Durch die untere Platte

dargestellt sind; 36 erstreckt sich die Antriebswelle 23.

F i g. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie V-V der 5 Das Gehäuse 28 ist mit einem Gas, z. B. Schwefel-

F i g. 4; hexafluorid oder Selenhexafluorid bzw. einem Ge-

F i g. 6 zeigt einen senkrechten Schnitt durch das misch aus beiden Gasen, gefüllt, das zur Löschung

Getriebe, wobei die einzelnen Teile in der Lage des Lichtbogens dient. Das Gehäuse kann auch mit

dargestellt sind, die sie in der Ausschaltstellung des einem Gas gefüllt werden, das aus einem Gemisch

Schalters einnehmen; io eines dieser beiden Gase mit Helium, Kohlendioxyd,

F i g. 7 zeigt einen Schnitt längs der Linie VII-VII Luft, Stickstoff oder Argon besteht. Wie F i g. 4 zeigt,

der F i g. 4 in Draufsicht. können Dichtungen 29 a und 30 a vorgesehen werden,

In der F i g. 1 ist mit 1 ein Rahmen bezeichnet. um den Austritt des im Innern des Gehäuses befind-

Auf dem Rahmen 1 sind drei Isolatoren 2, 3 und 4 liehen Gases zu verhindern. Zwischen der oberen

vorgesehen, von denen die Isolatoren 2 und 4 fest- 15 Platte 31 und dem Deckel 33 kann ebenfalls eine

stehend sind und der mittlere Isolator 3 drehbar ist. Dichtung 33 α angeordnet werden. Um ein Austreten

An dem unteren Ende des Isolators 3 ist ein Hebel 5 des Gases entlang der Antriebswelle 23 zu verhin-

angebracht, der entweder von Hand oder durch dem, kann ein federnder Dichtungsring 23 α (F i g. 2)

einen hierfür geeigneten Motorantrieb gedreht wird. benutzt werden.

Der drehbare Isolator 3 wird von einer senkrechten 20 Im Innern des Gehäuses 28 sind zwei voneinander Welle 6 getragen, die in einem an dem Rahmen 1 getrennt angeordnete Stangen 38, 39 aus Isoliermatebefestigten Lager 7 gelagert ist. rial untergebracht (F i g. 5), an denen mehrere beweg-

Der Isolator 2 trägt zwei feststehende Schalt- liehe Schaltstücke 40 drehbar befestigt sind. Die bestücke 9, zwischen die sich in der Einschaltstellung weglichen Schaltstücke 40 besitzen Buchsen 41, des Schalters ein Teil 10 eines Trennmessers 11 legt 25 durch die sich Bolzen 42 erstrecken, die in den bei-(Fig. 1). Das Trennmesser 11 ist mit Hilfe eines den Isolierstangen 38, 39 gelagert sind. Die oberen Bolzens 12 an einem Getriebekasten 13 drehbar be- und unteren Enden der beiden Isolierstangen 38, 39 festigt. Der Getriebekasten 13 wird von dem oberen sind in geeigneter Weise an der oberen Platte 31 und Ende des drehbaren Isolators 3 und dem oberen der unteren Platte 35 befestigt.
Ende des feststehenden Isolators 4 getragen. 30 Im Innern des Gehäuses 28 ist außerdem noch

An dem oberen Ende des drehbaren Isolators 3 ist eine Isolierstange 44 vorhanden, die feststehende ein Kettenrad 15 befestigt (F i g. 3). Eine Antriebs- Schaltstücke 45 trägt. Die feststehenden Schaltstücke kette 16 umfaßt das Kettenrad 15 und ein zweites 45 bestehen aus federnd gelagerten Lamellen, die mit Kettenrad 17, das an einer Welle 18 befestigt ist. Auf Hilfe sich seitlich durch die Isolierstange 44 erder Welle 18 sitzt ein Hebel 19, der an seinem äuße- 35 streckender Schraubenbolzen 47 an dieser befestigt ren Ende einen Zapfen 20 trägt. Der Zapfen 20 ist sind. Die Schraubenbolzen 47 tragen an ihren freien so ausgebildet, daß er mit einem Schlitz 21 eines Enden Scheiben 48, Muttern 49 und Federn 46. Mit U-förmigen Hebels 22 zusammenarbeitet. Der U-för- Hilfe der Muttern 49 kann der von den Federn 46 mige Hebel 22 ist an dem unteren Ende einer An- erzeugte Kontaktdruck eingestellt werden. Durch die triebswelle 23 eines Leistungsschalters 66 befestigt. 40 Federn 46 werden die Lamellen der feststehenden Durch das Malteserkreuzgetriebe 24 ergibt sich ein Schaltstücke 45 nach innen und damit gegen die diskontinuierliches Getriebe, das eine schnappartige beweglichen Schaltstücke 40 gedrückt, wodurch eine Ausschaltbewegung der beweglichen Schaltstücke gute Kontaktgabe zwischen den Schaltstücken des Leistungsschalters 66 bewirkt. erreicht wird.

DurchdieBetätigungdesHebels5wirdderIsolator3 45 In das Innere des Gehäuses 28 ragen zwei Betäti-

gedreht. Hierdurch wird nicht nur das Malteserkreuz- gungsstangen 50 aus Isoliermaterial hinein, an denen

getriebe 24, sondern auch das Trennmesser 11 durch die beweglichen Schaltstücke 40 an den Stellen 51

im Gehäuse 25 untergebrachte Übertragungsmittel drehbar befestigt sind. Mit Hilfe der Betätigungs-

betätigt. stangen 50 werden die beweglichen Schaltstücke 40

Die im Gehäuse 25 untergebrachten Übertragungs- 50 um die sie tragenden Bolzen 42 gedreht, wodurch sie

mittel werden zweckmäßig so ausgebildet, daß das in die Ein- bzw. Ausschaltstellung gebracht werden.

Trennmesser 11 zur Aufhebung des Kontaktdruckes An den unteren Enden der Betätigungsstangen 50 ist

zwischen dem Trennmesser 11 und den feststehen- an der Stelle 52 ein Hebel 53 angelenkt. Der Hebel

den Schaltstücken 9 bzw. bei Vereisung der Schalt- 53 wird durch eine waagerecht angeordnete Welle

stücke zur Entfernung des Eises zuerst um seine 55 54 gedreht, mit der er starr verbunden ist Das eine

Achse gedreht und hiernach so geschwenkt wird, daß Ende der Welle 54 trägt einen Hebel 55, der ein

es die in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnete Lage 26 Federlager 56 für eine Feder 65 besitzt. Das andere

einnimmt. Die Einschaltung des Trennschalters geht Ende der Welle 54 ist in einer der beiden sich seitlich

in umgekehrter Reihenfolge vor sich. erstreckenden Tragplatten 57 gelagert, die mit dem*

Wie F i g. 4 zeigt, ist ein Gehäuse 28 aus wetter- 60 Getriebekasten 34 baulich vereinigt sind. Der Hebel

beständigem Material, z.B. Porzellan, vorgesehen. 55 besitzt Anschläge 58 (F i g. 4), deren Zweck später

An dem Gehäuse 28 sind an dem oberen und an erläutert wird.

dem unteren Ende je ein Flansch 29 und 30 angekit- Eine zweite waagerecht angeordnete Welle 59, die

tet. An dem oberen Flansch 29 ist eine Platte 31 in den beiden Tragplatten 57 gelagert ist, trägt an

angeschraubt, die in Anschlußstück 32 besitzt, das 65 einem Ende ein Kegelrad 60. Das Kegelrad 60 steht

mit Bohrungen zur Befestigung der Anschlußleitung mit einem zweiten Kegelrad 61 im Eingriff, das an

versehen ist. Das obere Ende des Gehäuses 28 wird dem oberen Ende der Antriebswelle 23 befestigt ist.

durch einen Deckel 31 verschlossen. Der untere An dem dem Kegelrad 60 gegenüberliegenden Ende

der Welle 59 ist ein Hebel 62 aufgebracht, der mit einem Anschlag 63 versehen ist, der sich während des Ausschaltvorganges gegen den einen der beiden Anschlage 58 des Hebels 55 und während des Einschaltvoruaniies siegen den anderen Anschlag58 des Hebels 55 legt.

Das freie Ende des Hebels 62 besitzt ein Federlager 64, in dem das eine Ende der Feder 65 gelagert ist. Das andere Ende der Feder 65 ist in dem Federlager 56 des Hebels 55 gelagert. Durch flexible Leiter 74 bis 76 werden die einzelnen Schaltstücke in Reihe geschaltet.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung zu entnehmen ist. wird durch Drehung des Hebels 5 eine Drehung des Isolators 3 und damit eine Drehung des Kettenrades 15 bewirkt, die über die Kette 16 auf das Kettenrad 17 und über das Malteserkreuzgetriebe 24 auf die Antriebswelle 23 des Leistungsschalters 66 übertragen wird. Die Drehung der Antriebswelle 23 wird, da die Kegelräder 60, 61 im Eingriff stehen, auf die Welle 59 übertragen, und zwar so, daß sie entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Hierbei legt sich der Anschlag 63 des Hebels 62 gegen einen der Anschläge 58 des Hebels 55. Dies hat eine zwangläufige Drehung der Welle 54 und damit eine Ausschaltbewegung derBetätigungsstange 50 sowie der beweglichen Schaltstücke 40 zur Folge. Um die starke Reibung zwischen den federnd gelagerten feststehenden Schaltstücken 45 und den beweglichen Schaltstücken 40 zu überwinden, ist eine zwangläufige Berührung zwischen dem Anschlag 63 und dem Anschlag 58 erforderlich. Damit die Schaltstücke den großen Strom übertragen können, ist ein derartig hoher Kontaktdruck erforderlich. Der Leistungsschalter 66 ist mit dem Trennschalter 67 stets in Reihe geschaltet.

Durch die entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtete Drehung der Welle 59 wird das Federlager 64 über die Totpunktlage gebracht, so daß die Feder 65 eine schnappartige Ausschaltbewegung der Betätigungsstangen 50 bewirkt, wodurch die beweglichen Schaltstücke 40 sehr schnell in die Ausschaltstellung geführt werden.

F i g. 6 zeigt die einzelnen Teile des Getriebes 68 in der Ausschaltstellung.

Durch die sehr schnelle Trennung der beweglichen Schaltstiicke 40 und der feststehenden Schaltstücke 45 im Innern des gasgefüllten Gehäuses 28 wird eine schnelle Löschung der in Reihe geschalteten Lichtbogen bewirkt. Die Löschung der Lichtbogen erfolgt, bevor der Teil 10 des Trennmessers 11 die feststehenden Schaltstiicke 9 verlassen hat. Der Trennschalter hat also nur die Aufgabe, eine ausreichende Lufttrennstrecke zu schaffen.

Um das Gewicht des Trennmessers 11 zu kompensieren, ist eine unter der Wirkung einer Feder stehende Stange 69 (Fig. 2) vorgesehen, wobei die Stange 69 von der Feder 77 in eine Richtung gedrückt wird, die eine Kompensation des Gewichtes des Trennmessers ermöglicht. Die Stange 69 ist an der Stelle 71 an einem Anschlag 72 drehbar befestigt. Der Anschlag 72 bildet hierbei einen Teil des drehbar gelagerten Gehäuses 25.

Während der Einschaltbewegung wird der Hebel 5 in entgegengesetzter Richtung gedreht, wodurch mit Hilfe des Isolators 3 die Kettenräder 15 und 17 entgegen dem Uhrzeigersinn und durch das Malteserkreuzgetriebe 24 die Antriebswelle 23 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Durch die im Uhrzeigersinn gerichtete Drehung des Kegelrades 60 wird das Federlager 64 über die Totpunktlage gebracht, so daß die Feder 65 den Hebel 55 schnappartig entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, wodurch die beweglichen Schaltstücke 40 mit den feststehenden Schaltstücken 45 schnell zur Berührung gebracht werden. Der Anschlag 63 legt sich hierbei gegen einen der Anschläge 58. Das Einschalten des Leistimgsschalters 66 erfolgt zweckmäßig nach dem Einschalten des Trennschalters 67, die Berührung der Schaltstiicke 9, 10 des Trennschalters und die Berührung der Schaltstiicke 40, 45 des Leistungsschalters kann aber auch gleichzeitig erfolgen.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung zu entnehmen ist, wird durch die Erfindung ein Schalter für kapazitives Schalten geschaffen, der einen Leistungsschalter 66 besitzt, dessen Gehäuse 28 mit einem Gas gefüllt ist. Bei der Verwendung von SF_Ü steht das Gas vorzugsweise unter einem Druck von 21 kg/cm³. Der mit mehreren Unterbrechungsstellen versehene Leistungsschalter 66 wird vorzugsweise mit dem Trennschalter 67 in Reihe geschaltet. Mit Hilfe eines Kettentriebes wird die Antriebsleistung von dem drehbaren Isolator 3 auf die Antriebswelle 23 des Leistungsschalters 66 übertragen. Um einen diskontinuierlichen Antrieb zu erhalten, ist das Malteserkreuzgetriebe 24 vorgesehen und so eingebaut, daß die beweglichen Schaltstücke des Leistungsschalter, während das Trennmesser 11 eine axiale Drehbewegung ausführt, in die Ausschaltstellung schnappen, und zwar bevor das Trennmesser 11 nach oben geschwenkt wird.

Die feststehenden Schaltstiicke 45 des Leistimgsschalters bestehen aus mehreren Lamellen, damit der Schalter einen Dauerstrom von 400 bis 800 Ampere oder mehr sowie einen Kurzschlußstrom von 20 000 bis 40 000 Ampere führen kann. Durch Drehen der Welle 59 wird das untere Ende der Feder 65 über die Totpunktlage geführt, so daß der Hebel 53 die Betätigungsstangen 50 nach unten ziehen kann, wodurch die beweglichen Schaltstiicke 40 schnappartig in die Ausschaltstellung gebracht werden. Der Anschlag 63 gewährleistet die Trennung der Schaltstücke 40 von den feststehenden Schaltstücken 45. Eine Drehung der Welle 59 in umgekehrter Richtung bringt die Feder 65 in die Ausgangslage zurück und läßt die beweglichen Schaltstücke in ihre Einschaltstellung schnappen.

Der Schalter gemäß der Erfindung besitzt eine hohe Schaltgeschwindigkeit und eine gute Löschwirkung. Durch den Trennschalter 67 wird eine ausreichende Lufttrennstrecke geschaffen. Außerdem bildet der Trennschalter ein sichtbares Zeichen dafür, daß der Schalter ausgeschaltet ist. Die Einschaltung sowie die Ausschaltung des Leistungsschalters erfolgen durch die Feder 65 mit sehr hoher Geschwindigkeit.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter, bestehend aus einem Trennschalter und einem mit diesem in Reihe angeordneten Leistungsschalter, bei dem beide Schalter mit einem gemeinsamen Antrieb durch ein auf Hochspannungspotential liegendes Getriebe verbunden sind, das beim Ausschalten den Leistungsschalter vor dem Öffnen des Trennschalters öffnet, dadurch gekennzeichnet,

daß das Getriebe in an sich bekannter Weise als Malteserkreuzgetriebe (24) ausgebildet ist, dessen unstetig bewegter Teil (22) das bewegliche Schaltstück (40) des Leistungsschalters (66) über einen ebenfalls auf Hochspannungspotential liegenden, als Schnappfeder (65) ausgebildeten Kraftspeicher betätigt und dessen stetig bewegter Teil (19) mit dem beweglichen Schaltstück (U) des Trennschalters (67) verbunden ist.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (65) des Kraftspeichers an den Enden (56, 64) zweier Hebel (55, 62) befestigt ist, die auf zwei parallel zueinander angeordneten Wellen (54, 59) sitzen, von denen die eine einen zweiten, zu dem bewegliehen Schaltstück (40) des Leistungsschalters führenden Hebel (53) trägt, während die andere mit dem Malteserkreuzgetriebe (24) verbunden ist.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel, an denen die Feder befestigt ist, mit Anschlägen (58, 63) versehen sind.

4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel so auf der Welle sitzen, daß sich die Anschläge (58, 63) während des Ein- bzw. Ausschaltvorganges kurzzeitig berühren.

5. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Schaltstück (11) des Trennschalters (67) mit dem stetig bewegten Teil (19) des Malteserkreuzgetriebes über eine Kette (16) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 457 068, 604 211,
606900,640748.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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