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Hochspannungsleistungsschalter mit Lichtbogenlöschung durch einströmendes
Löschmittel Es sind bereits Hochspannungs-Schaltanlagen mit Leistungsschaltern bekannt,
bei denen der bei der Stromunterbrechung entstehende Lichtbogen in Kurzschlußfällen
einem stärkeren oder einem besonderen Löschmittel ausgesetzt ist als es bei kleineren
Strömen, z. B. dem Nennstrom oder den bei der Abschaltung von leerlaufenden Leitungen
oder Transformatoren auftretenden Strömen, der Fall ist. Auf diese Weise soll einmal
an Löschmittel gespart werden und zum anderen das Abredß,en des Lichtbogens bei
schwächeren Strömen durch eine stark e@nsetzende Löschmittelströmung verhindert
werden.
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Bei bekannten Druckgas:schaltem ist zur Vornahme einer solchen doppelten
Beblasung ein Löschmittelhilfsbehälter an der Schaltstrecke vorgesehen, dessen mit
einem großen Öffnungsquerschnitt versehenes Auslaßventil bei Kurzschlußströmen unmittelbar
von diesen gesteuert wird, so daß ein zuz sätzlicher starker Löschmittelstrom 2n
die Schaltstrecke eindringt. Zur Betätigung eines abdichtenden Ventils sind jedoch,
namentlich bei sehr hohen Drücken des Zusatzlöschmittels, vergleichsweise große
Kräfte erforderlich, die nicht unmittelbar von einem Magneten, der vom Kurzschlußstrom
angeregt wird, erzeugt werden können. Es qind daher pneumatische oder hydraulische
Verstärker notwendig, die wiederum den Einsatz der Beblasung unzulässig verzögern.
Aus diesen Gründen hat die bekannte, von den Kurzschlußströmen unmittelbar ausgelöste
zusätzliche Löschmittelströmung bisher noch keinen Eingang in die Praxis gefunden.
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Andererseits sind Druckgasschalter bekannt, bei denen innerhalb der
Schaltkammer eine auf Kurzschlußströme unmittelbar ansprechende Vorrichtung angeordnet
ist, die ein Stellglied vorbereitend betätigt, das einen für eine schwache B blasung
des Lichtbogens von kleinen Strömen vorgesehenen Strömungsquerschnitt bei Kurzschlußströmen
zur Erhöhung der Lösehmittelzufuhr wesentlich vergrößert. Da aber das Stellglied
im Ausströmkanal der Schaltgase angeordnet ist, kann es von diesen heißen Gasen
schon nach kurzer Betriebszeit verbrannt werden. Außerdem verhindert es bei kleineren
Strömen eine schnelle Reinigung der Schaltstrecke, da es nur einen kleinen Auslaßquerschnitt
für die Schaltgase freigibt und somit einen Rückstau dieser Gase verursacht. Hinzu
kommt weiter, daß bei Anbringung mehrerer Abführwege für die Schaltgase aus der
Schaltstrecke, z. B. außer durch eine Hauptauslaßöffnung noch rückwärts durch .einen
hohlen Schaltstift, auch in letzterem ein Stellglied angeordnet werden müßte. Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese den vorerwähnten Hochspannungslei.stungsschaltern
anhaftenden Mängel zu vermeiden und einen Schalter n 't Ü einer äußerst kleinen
Eigenzeit für die Unterbrechung von hohen Kurzs.chlußströmen zu schaffen. Die Erfindung
geht hierbei ebenfalls von einem Hochspannungsleistungsschalter mit Lichtbogenlöschung
durch ein strömendes Löschmittel aus, bei dem innerhalb der Schaltkammer eine auf
Kurzschlußströme unmittelbar ansprechende Vorrichtung angeordnet ist, die ein Stellglied
vorbereitend betätigt, das einen für eine schwache Beblasung des Lichtbogens von
kleinen Strömen vorgesehenen Strömungsquerschnitt bei Kurzschlußströmen wesentlich
vergrößert. Erfindungsgemäß ist dieses Stellglied im Löschmittelzuführungsweg vor
der Schaltstrecke angeordnet. Die Beblasung des Lichtbogens schließt hierbei nicht
nur ein gasförmiges., sondern auch ein flüssiges Löschmittel, wie Drucköl, ein.
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Der besondere Vorteil der Erfindung liegt, abgesehen davon, d;aß das
Stellglied nicht mit heißen Schaltgasen in Berührung kommt und auch bei mehreren
Auslaßöffnungen für die Schaltgase nur einmal vorgesehen zu werden braucht, in der
Möglichkeit, die Schaltstrecke auch bei kleinen Strömen schnell von den ionisierten
Schaltgasen zu reinigen, da die Auslaßöffnung für die Schaltgase sowohl für kleine
Ströme als auch für Kurzschlußströme gleich groß ist. Das bedeutet, daß ein schwacher
Blasstrom praktisch auf keinen Widerstand .in der Schaltstrecke trifft und daher
weit wirksamer ist als dies bei einer stark gedrosselten Auslaßöffnung der Fall
ist.
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Als eine zweckmäßige Ausführungsform des Stellgliedes ergibt .sich
ein in einem ringförmigen Löschmittelkanal der Schaltkammer angeordnetes ringförmiges
Ventil, das in seiner Offen-Stellung hinter
einer festen Abdeckung
liegt. Dadurch kann -es durch das stark einströmende Löschmittel nicht crfaßt und
wieder in seine Normallage zurückbewegt werden. Erst nach der Lichtbogenlöschung
sorgt eine schwächere Feder für die Rückführung des Stellgliedes.
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Anstatt das Stellglied unmittelbar innerhalb der Schaltstrecke anzuordnen,
kann die Ausführung auch so getroffen sein, daß das Stellglied als ein auf Hochspannungspotential
angeordneter und von der auf Kurzschlußströme ansprechenden Vorrichtung druckmittelgesteuerier
Hohlschieber ausgebildet ist. Mit einem solchen Stellglied lassen sich gleich zwei
Schaltstrecken für eine höhere Löschmittelzufuhr in Kurzschlußfällen steuern, wobei
die Einstellzeit des Hohlschiebers trotz des zwischengeschalteten Druckmittelantriebes
immer noch weit unter der Zeit liegt, die für seine Einstellung bei der üblichen
Relaissteuerung von Erdpotential her benötigt wird. Diese vorteilhafte Eigenschaft
ist auf die äußerst geringen Einstellkräfte, die für die Einstellung des nicht abdichtenden
Hohlschiebers ausreichen, zurückzuführen. Die Erfindung ermöglicht damit erstmalig
eine brauchbare Lösung der Aufgabe, eine stärkere Löschmittelströmung wirklich nur
bei Kurzschlußströmen einzusetzen und bei kleineren Überströmen, Nennströmen und
darunterliegenden Strömen eine schwächere Beblasung vorzusehen. Da nun Stromunterbrechungen
im unteren Strombereich fast die Regel sind und Kurzschlußunterbrechungen nur in
ganz wenigen Fällen im Verlauf eines Jahres auftreten, führt die Erfindung auch
neben einem geringeren Löschmittelverbrauch zu einem praktisch geräuschlosen Schalter.
In dem Fall spielen die wengen Kurzschlußabsch:altungen mit ihrem starken Geräusch
keine Rolle; ihr Schaltgeräusch ist sogar vorteilhaft, da es auf den aufgetretenen
Kurzschluß aufmerksam macht. Bei Schaltern bekannter Ausführungen, die mit einer
unveränderten Löschmittelzuführung bei allen Stromunterbrechungen arbeiten, ist
dagegen das Schaltgeräusch bei allen Ausschaltungen nahezu gleich groß.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen mit
weiteren Einzelheiten beschrieben.
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F i g. 1 und 2 stellen Schnitte durch -einen Teil der Schaltkammer
eines Druckgasschalters mit freier Lufttrennstrecke und F i g. 3 einen Schnitt durch
eine Betätigungseinrichtung dar.
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Nach F i g. 1 ist innerhalb der Schaltkammer 1 mit der düsenförmigen
Ausströmöffnung 2 und dem beweglichen Schaltstift 3 ein Schieber 4 angebracht, der
mit einem Elektromagneten 5 mechanisch verbunden ist. Der Elektromagnet 5, der um
den Schaltstift 3 herum angeordnet ist, wird zweckmäßig in Segmente unterteilt,
zwischen denen bewegliche, erst nach Überschreiten einer bestimmten Stromstärke
angezogene Joche vorgesehen sind. Dadurch wird eine zu hohe Erwärmung des Magneten
bei Dauerströmen verhindert. Der Schaltstift 3 bewegt sich bei einer Ausschaltung
von dem Gegenkontakt 6 in die Ausströmdüse 2, wobei der entstehende Lichtbogen bei
niedrigen Überströmen, Nennströmen und noch schwächeren Strömen von dem durch einen
kleinen Spalt 7 zuströmenden Druckgas beblasen wird. Der Spalt 7 ist nur so groß
bemessen, daß das aus der Düse ausströmende Druckgas kein störendes Schaltgeräusch
verursacht und außerdem bei induktiven Strömen kein Abreißen des Lichtbogens eintreten
kann, wodurch Schaltüberspannungen vermieden werden. Andererseits ist jedoch das
über einen vergleichsweise großen, ringförmigen Spalt 8 eintretende Druckgas genügend
stark, um den Antriebskolben 9 des Schaltstiftes mit einer sehr hohen Geschwindigkeit
in die Ausschaltstellung zu bewegen, ohne daß dieser starke Druckgasstrom auch in
die Ausströmdüse 2 gelangen kann. Diese äußerst hohe Ausschaltgeschwindigkeit ist
für die erfolgreiche kapazitive Stromunterbrechung notwendig, damit die Schaltstiftspitze
schneller in den Druckraum der Austrittsdüse 2 und damit in eine Lage hoher Spannungsfestigkeit
gelangt, als die wiederkehrende Spannung an Zeit für das Auftreten an der Schaltstrecke
in genügender Stärke braucht.
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Das Ausströmen des starken Druckgasstromes aus der Düse 2 wird nun
durch den ringförmigen Schieber 4 verhindert. Dieser Schieber benötigt keine besondere
Abdichtung, da er durch das anstehende Druckmittel genügend fest gegen ein Widerlager
10 an der Düse 2 gepreßt wird. Erst beim Auftreten von hohen Kurzschlußströmen wird
durch den Elektromagneten 5 der Schieber 4 so weit verstellt, das das z. B. von
Erdpotential her einströmende Löseh-und Antriebsmittel einen großen Durchströmquerschnitt
zur Ausströmdüse 2 vorfindet. Dadurch kann die Schaltstrecke nach dem Erlöschen
des Lichtbogens und dem Erreichen der Ausschaltstellung des Schaltstiftes innerhalb
der Düse 2 in großer Stärke beblasen werden. Damit aber der starke Löschmittelstrom
den Schieber 4 trotz der von dem Elektromagneten 5 ausgeübten Kraft nicht wieder
in die Schließlage zurückstellt, wird dieser Schieber hinter eine feste Abdeckung
11 geführt, so daß der Löschmittelstrom ihn nicht mehr erreichen kann. Erst nach
Abstellen der Blasung bringt eine nicht dargestellte schwächere Feder den Schieber
wieder in seine Schließlage zurück.
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In F i g. 2 ist eine ähnliche Schaltkammer gezeigt. An Stelle eines
den Durchtritt einer starken Löschmittelzufuhr steuernden Ventils oder Schiebers
ist hier von einem elektromagnetisch betätigten Ventil für eine Druckmittelsteuerung
eines auf Hochspannungspotential angeordneten Hohlschiebers als Stellglied Gebrauch
gemacht. Mit 3 ist wieder der Schaltstift bezeichnet, der bei der Ausschaltung in
die Ausströmdüse 2 tritt und von dem Kolben 9 angetrieben wird. Mit 12 sind Stromzuführungskontakte
vom Schaltstift zum festen metallischen Gehäuse bezeichnet. Um den Schaltstift herum
ist ein Elektromagnet 13 angeordnet, der über einen beweglichen Anker 14 ein einfaches
Ventil 15 betätigt. Diesem Ventil 15 wird über eine Leitung 16 das an der Schaltkammer
anstehende Löschmittel zugeführt und dann beim Auftreten von Kurzschlußströmen durch
Anziehen des Ankers 14 über eine Leitung 17 dem Antrieb 18 des Hohlschiebers 19
am Kopf des Trägerstützers der Schaltkammer weitergeleitet.
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Der Hohlschieber 19 umgreift einen festen Teil 20, der zwei Durchtrittsöffnungen
21 und 22 aufweist. Die kleine Durchtrittsöffnung 21 steht in der Grundstellung
des Hohlschiebers einer großen Durchtrittsöffnung 23 im Hohlschieber gegenüber.
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Bei der Abschaltung von niedrigen Überströmen, Nennströmen und noch
schwächeren; Strömen wird nach öffnung eines auf Erdpotential befindlichen Blasventils
das in den Tragstützer der Schaltkammer
einströmende Druckgas dem
festen Teil 20 zugeführt, von hier aus kann es nur über die kleine Durchtrittsöffnung
21 und die große Durchtrittsöffnung 23 des Hohlschiebers über eine Leitung 24 in
die Schaltkammer mit einem schwachen Blasstrom zur Beblasung der Schaltstrecke gelangen.
Die Leitung 24 teilt sich innerhalb der Schaltkammer, da diese als Doppelschaltkammer
ausgeführt ist, was aber in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
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Tritt ein Kurzschlußstrom auf, der beispielsweise mehr als das vierfache
des Nennstromes betragen mag, so wird der Elektromagnet 13 ansprechen und das Ventil
15 öffnen. Dadurch gelangt auf den Antrieb 18 Druckgas, so daß dieser den
Hohlschieber 19 nach unten bewegt und dabei die große Durchtrittsöffnung 23 mit
der großen Durchtrittsöffnung 22 in dem festen Teil 20 zur Deckung bringt. Das von
unten über das Blasventil bereits in den festen Teil 20 einströmende Druckgas findet
daher einen Durchströmquerschnitt zur anderen Beblasung der Schaltstrecke vor.
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Eine schnellere Betätigung des Hohlschiebers 19 ist mit einer Ausführung
der Betätigungseinrichtung nach F i g. 3 möglich. In diesem Falle steht das Druckgas
bereits in dem festen Teil 20 .auf Hochspannungspotential an, so daß auch dem Ventil
15 gemäß F i g. 2 bereits Druckgas zugeführt werden kann, bevor überhaupt eine Schaltung
vorgenommen wird. Zur Auslösung der Beblasung der Schaltstrecke dient ein von Erdpotential
her gesteuerter zweiter beweglicher Schieber 25. Dieser Schieber kann mechanisch,
pneumatisch oder hydraulisch im Ein-Aus-Sinn verstellt werden. Er steuert eine große
Durchtrittsöffnung 22 im festen Teil 20. Dieser großen Durchtrittsöffnung 22 steht
eine kleine Durchtrittsöffnung 21 im Hohlschieber 19 gegenüber. Bei der Abschaltung
von kleineren Strömen tritt das Druckgas daher nur mit einem schwachen Blasstrom
über die Leitung 24 in die Schaltkammer ein. Liegt dagegen ein Kurzschluß vor, so
bewegt sich der Hohlschieber 19 sehr schnell nach unten und bringt seine große Durchtrittsöffnung
23 mit der großen Durchtrittsöffnung 22 im festen Teil 20 zur Deckung, so da.ß nunmehr
ebenfalls sehr schnell ein starker Bla.sstrom der Schaltstrecke zugeführt werden
kann.