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Hochspannungsleistungsschalter Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungaschalter
mit einem flüssigen Löschmittel und mit einem zum Löschen stromschwacher Lichtbögen
dienenden Pumpkolben, der beim Ausschalten das Löschmittel unter Druck setzt und
der von einer beim Einschalten durch das bewegliche Schaltstück gespannten Feder
angetrieben wird. Bei diesen Schaltern steht für das Spannen nur eine verhältnismäßig
kleine Energie zur Verfügung, da die Kraft für das Spannen der Feder nur am Ende
des Einschalthubes, noch dazu auf einem nur verhältnismäßig kleinen Weg, wirken
kann. Durch die Erfindung wird diese kleine Energie in optimaler Weise ausgenutzt.
Erfindungsgemäß ist der Pumpkolben - als Stufenkolben derart ausgebildet, daß er
eine Stufe mit größerem Durchmesser und eine Stufe mit kleinerem Durchmesser aufweist,
von denen beim Ausschalten zunächst die Stufe mit größerem Durchmesser und danach
die Stufe mit kleinerem Durchmesser auf das Löschmittel einwirkt.
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Beim Ausschalten werden die Schaltstücke des Schalters voneinander
getrennt. Dabei gibt das bewegliche Schaltstück, üblicherweise ein Schaltstift,
ein bestimmtes Volumen z. B. in einer Löschkammer frei. Dieses freigegebene Volumen
muß ersetzt werden, bevor sich ein Druck aufbauen kann. Dazu muß der Kolben erst
ein bestimmtes Löschmittelvolumen fördern. Bei der Erfindung geschieht das unter
verhältnismäßig geringem Druck mit einer großen Kolbenfläche. Die Auffüllung des
Volumens erfolgt daher in erwünschter Weise sehr schnell. Wegen der großen Kolbenfläche
hat der Kolben nach der Erfindung beim Ersatz des Schaltstiftvolumens auch nur einen
kleinen Weg zurückzulegen. Deshalb ist die dem Kolbenweg proportionale Entspannung
der Feder nur verhältnismäßig gering. Es besteht danach also noch genügend Federkraft
für die Aufbringung des Druckes zur Verfügung. Dieser Druck ist besonders groß,
weil die Kraft nur auf eine kleine Fläche zu wirken hat.
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Bei einem bekannten Schalter wird beim Ausschalten ein den Schaltstift
umgebender Pumpkolben mit einer Düsenöffnung vom Schaltstift mitgenommen, so daß
das Löschmittel von der einen Seite des Kolbens durch die Düse auf die andere Seite
strömt. Im Lichtbogenraum entsteht dabei ein Unterdruck, weil der Schaltstift aus
der Löschkammer herausgezogen wird. Dies gilt auch für den Fall, daß zur Vergrößerung
der Strömung durch die Düse nach einer bestimmten Ausschaltbewegung ein weiterer
Pumpkolben mitgenommen wird, der eine größere Fläche als der erste genannte Pumpkolben
aufweist.
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Bei einem anderen Schalter soll ein unter Federwirkung stehender Kolben
nach dem Löschen des Lichbogens frisches Löschmittel in die Löschkammer drücken,
um den Schalter für eine erneute Ausschaltung vorzubereiten. Beim Ausschalten wird
der Kolben entgegen einer Förderrichtung von einem Antriebskolben kleineren Querschnitts
zum Spannen der Feder in Bewegung gesetzt, wenn der Lichtbogen einen entsprechend
hohen Druck erzeugt. Bei diesem Hub ist der Kolben durch Ventile unwirksam gemacht.
Wird der Lichtbogendruck nach der Unterbrechung des Stromes wieder kleiner, wenn
die Schaltgase abgeströmt sind, so drückt die Feder gleichzeitig den großen Kolben
und den kleinen Antriebskolben in Förderrichtung. Somit ist im Gegensatz zur Erfindung
keine Stufenkolbenwirkung vorhanden. Der mit der bekannten Kolbenanordnung erreichbare
Druck ist auf den durch die Kraft der Feder und die Fläche des großen Kolbens gegebenen
Wert festgelegt. Dieser Wert ist so bemessen, daß die bekannte Kolbenanordnung beim
Löschen des Lichtbogens nicht fördern kann.
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Im allgemeinen wird es günstig sein, die größere Kolbenfläche etwa
so lange wirken zu lassen, wie in der Schaltkammer noch kein Druck vorhanden oder
notwendig ist, z. B. bis zur Trennung der Schaltstücke des Schalters. Bei Schaltern,
bei denen ein Schaltstift in ein Tulpenschaltstück eingreift, wirkt die größere
Kolbenfläche zweckmäßig mindestens in der Zeit, während der sich der Schaltstift
innerhalb des Tulpenschaltstückes bewegt. Während dieser Zeit ist noch kein Lichtbogen
vorhanden. Das zum Ersatz des Schaltstiftvolumens dienende Öl kann daher ohne nennenswerten
Druck zugeführt werden. Nach der Trennung der Schaltstücke, d.. h. von dem Zeitpunkt
an, von dem an ein Lichtbogen brennen kann,.
kann man die kleinere
Kolbenfläche wirken lassen, um den größeren Druck zur Verfügung zu haben. Man kann
die kleinere Kolbenfläche aber auch so ausbilden, daß ihre Wirkung erst dann einsetzt,
wenn das bewegliche Schaltstück die Löschdistanz erreicht hat.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung erhält man
dadurch, daß die der kleineren Kolbenfläche zugeordnete Mantelfläche des Stufenkolbens
als Steuerschieber für Öffnungen dient, durch die das Löschmittel von der größeren
Kolbenfläche gefördert wird. Durch die Steuerung kann in einfacher Weise sichergestellt
werden, daß von einem vorgegebenen Kolbenhub an nur noch die kleinere Kolbenfläche
mit dem größeren Druck wirkt.
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Die Steuerwirkung kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Mantelfläche
des kleineren Kolbens Öffnungen bedeckt, durch die das Löschmittel vom größeren
Kolben gefördert wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, in der Mantelfläche
Überströmkanäle vorzusehen. In diesem Fall enthält die Mantelfläche also gleichzeitig
die Öffnungen. Wenn der Teil der Mantelfläche, der mit überströmkanälen versehen
ist, vom Zylinder überdeckt ist, sind die Öffnungen verschlossen. Man kann solche
Überströmkanäle beispielsweise dadurch erhalten, daß der Kolben von einem regelmäßigen
Vieleck, vorzugsweise einem Sechseck, gebildet wird, für das der zugeordnete Zylinder
einen unbeschriebenen Kreis bildet. Eine solche Anordnung läßt sich außerordentlich
einfach durch Abfräsen eines zylindrischen Kolbens herstellen.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in den Figuren ein Ausführungsbeispiel
dargestellt. Die Darstellung erstreckt sich nur auf die für die Erfindung wesentlichen
Teile eines flüssigkeitsarmen Leistungsschalters, und zwar zeigt F i g. 1 den Schalter
in der Einschaltstellung, F i g. 3 und 4 bei der Ausschaltbewegung; F i g. 2 ist
ein Schnitt längs der in F i g. 1 eingezeichneten Linie II-II.
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Der bewegliche Schaltstift 1 wirkt mit einem feststehenden Schaltstück
2 in einer nicht dargestellten Löschkammer zusammen. Die Löschkammer kann beispielsweise
als elastische, aus einzelnen Kammerzellen aufgebaute Löschkammer ausgebildet sein,
wie dies bei Expansionsschaltern bekannt ist.
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Oberhalb des feststehenden Schaltstückes 2 ist ein Zylindergehäuse
5 vorgesehen, in dem ein Stufenkolben 6 gleiten kann. Das Zylindergehäuse kann mit
der Löschkammer aus einem Stück bestehen. In dem Gehäuse 5 ist oberhalb des Stufenkolbens
6 eine Feder 7 untergebracht, die sich .gegen das obere Ende 8 des Zylindergehäuses
5 abstützt. Die Feder 7 versucht, den Kolben 6 nach unten zu drücken. Sie wird beim
Einschalten von dem Schaltstift 1 über .einen mit dem Kolben 6 fest verbundenen
Spannstift 9 gespannt.
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Der Stufenkolben 6 besitzt zwei Kolbenteile unterschiedlichen Durchmessers.
Am oberen Ende des Kolbens ist eine Kolbenscheibe 10 vorgesehen, deren Durchmesser
beim Ausführungsbeispiel etwa das Doppelte des sich nach unten daran anschließenden
Kolbenteiles 11 beträgt.
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Der Kolbenteil 11 wird von einem im Verhältnis zur Kolbenscheibe
10 wesentlich längeren hohlen Kolben gebildet. Die Mantelfläche dieses hohlen Kolbens
ist in dem Zylinder 12 des Zylindergehäuses geführt, der unten in die nicht dargestellte
Löschkammer mündet.
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Die Kolbenscheibe 10 wirkt mit einem Ring 15 zusammen, der den Raum
im Zylindergehäuse oberhalb des. Zylinders 12 in-. einen Druckraum 13 und einen
Räum 14 teilt, der über Bohrungen 24 mit dem druckfreien Teil des mit dem Löschmittel
gefüllten Schalterinneren in Verbindung steht. Die Länge des Ringes 15 in Richtung
des Kolbenhubes ist gleich der Länge der Kolbenscheibe 10.
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Die untere Stirnfläche 16 des hohlen Kolbens 11 weist Bohrungen 17
auf, die von einer Platte 18 verschlossen werden. Die Platte 18 wird von einer Feder
19 leicht gegen die Fläche 16 gedrückt, so daß ein Rückschlagventil gebildet wird.
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Auf der linken Seite der F i g. 1, 3 und 4 (links von der strichpunktierten
Mittellinie) ist eine vertikale Bohrung 20 vorgesehen, die in den Druckraum -13
mündet. Die Bohrung 20 ist über eine horizontale Bohrung 22 an den Zylinder 12 angeschlossen,
so daß der Druckraum 13, aus dem das Löschmittel von der Kolbenscheibe 10 gefördert
wird, mit dem Zylinder 12 und der Löschkammer in Verbindung steht.
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Auf der rechten Seite der F i g. 1, 3 und 4 ist eine andere Ausführungsform
dargestellt. Hierbei sind in der Mantelfläche des Kolbenteiles 11 ÜberströmkanäIe
25 vorgesehen, die den Druckraum 13 mit dem Inneren des Zylinders 12 verbinden.
Die überströmkanäle werden, wie F i g. 2 in einem Schnitt zeigt, dadurch gebildet,'daß
der zylindrische Kolbenteil 11
durch Abfräsen der mit 25 bezeichneten Bereiche
etwa über die Hälfte seiner Länge zu einem Sechseck abgeflacht ist.
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In der F i g. 1 ist die Einschaltstellung des Schalters dargestellt.
Der Schaltstift 1 und damit auch der Stufenkolben 6 nehmen hierbei die obere Endlage
ein. Die Kolbenscheibe 10 steht oberhalb des Ringes 15. Aus dieser Lage wird der
Schaltstift 1 zum Ausschalten des Schalters nach unten bewegt. Er gibt dabei in
der Löschkammer ein bestimmtes Volumen frei. Dieses Volumen muß durch den Kolben
6 mit Löschflüssigkeit ausgefüllt werden, bevor ein Druck aufgebaut werden kann.
Bei dem dargestellten Schalter kann der Kolben 6 dem Schaltstift 1 zu diesem Zweck
unmittelbar folgen, da er allein durch den Schaltstift, nicht aber durch Klinken
in der oberen Endlage gehalten wird.
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Der Ausgleich des Schaltstiftvolumens erfolgt bei dem erfindungsgemäßen
Stufenkolben sehr schnell und mit kleinem Hub; denn zunächst wirkt die größere Fläche
des Stufenkolbens. An der Löschmittelförderung ist sowohl die Kolbenscheibe 10 als
auch der Kolbenteil 11 beteiligt, insgesamt also eine Kreisfläche mit dem Durchmesser
der Kolbenscheibe 10. Der Stufenkolben legt dabei nur einen verhältnismäßig kleinen
Weg zurück, so daß die Feder 7 nur geringfügig entspannt wird.
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Etwa zu dem Zeitpunkt, in dem der Schaltstift 1 das feststehende Schaltstück
2 verläßt, hat die Kolbenscheibe 10 den Ring 15 passiert. Gleichzeitig hat
der als Steuerschieber wirkende Kolbenteil 11 des Stufenkolbens die von dem
Raum 13 in den Zylinder 12 führende Bohrung 22 verschlossen bzw. haben die Überströmkanäle
25 das obere Ende des Zylinders 12 passiert. Wie die F i g. 4 zeigt, wirkt dann
nur noch der Kolbenteil 11 als kleinere Kolbenfläche des Stufenkolbens. Die
Feder 7 kann auf diese Kolbenfläche einen wesentlich größeren Druck ausüben, .der
die
Löschung des Ausschaltlichtbogens zwischen dem Schaltstift l
und dem Schaltstück 2 begünstigt, weil die Fläche nur ein Viertel der größeren Kolbenfläche
beträgt.