DE1615634A1

DE1615634A1 - Hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE1615634A1
Application number: DE19671615634
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Phil Pucher
Original assignee: ASEA AB; Allmanna Svenska Elektriska AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1966-08-29
Filing date: 1967-08-19
Publication date: 1972-03-23
Also published as: SE326755B; CH470750A; US3532843A; GB1188960A; DE1615634B2

Description

Hochspannungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Ho^H&chalter, der voa?zugs>weise dazu bestimmt ist, in einer Anlage für hochgespannten Gleichstrom bei Betriebsstörungen schnell die Eingangsklemmen eines oder mehrerer elektrischer Apparate, z.B. eines Stromrichters kurzzuschließen. Mit einem solchen Schalter, gewöhnlich Stromschließer oder Kurzschließer genannt, kann man schnell die Eingangsklemmen, des Stromrichters kurzschließen und verhindern, daß zufolge von Überbelastung oder inneren Kurzschlüssen im Stromrichter Schäden entstehen. Das setzt aber voraus, daß er wesentlich schneller als der Hauptschalter des Stromrichters ist, der nach einer gewissen Zeit eingreift und den Fehlerstrom unterbricht. Um dieser Forderung zu genügen, wird ein Stromschließer mit geringem Kontaktabstand ausgeführt, was bei den bisher verwendeten Kontaktausführungen bedingte, daß zuverlässige Stromschließer nur für verhältnismäßig niedrige Spannungen ausgeführt werden konnten.

-2-

209813/0239

Der Zweck d«r Erfindung ist, das Anwendungsgebiet des Stromschließers zu erweitern, so daß diese Apparate auch für verhältnismäßig hohe Spannungen verwendet werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Schalter mindestens zwei in einem mit Druckgas gefüllten und auf Hochspannungspotential befindlichen Behälter angebrachte feste Elektroden hat, die einander zugekehrte, wohl abgerundete Flächen haben, und zur Verbindung beider Elektroden ein verschiebbarer stiftEörmiger Kontakt dient, der in einer Bohrung der einen Elektrode sitzt und in eine gleichachsige Bohrung der anderen Elektrode eingeführt werden kann. Durch- eine solche Ausbildung der Schalterkontakte erreicht man ein günstiges Feldbild zwischen den offenen Kontakten. Dies ermöglicht, daß der Kontaktabstand klein gehalten werden kann, was eine notwendige Voraussetzung für eine kurze Einschaltzeit ist. Zu diesem Umstand trägt auch die Anwendung von Druckgas als Isolationsmittel bei, das im Vergleich mit flüssigem und festem Isolationsmaterial außerdem den Vorteil hat, daß die Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten durch wiederholte Einschaltungen unter Spannung nicht nennenswert verschlechtert wird. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung eines stiftförmigen beweglichen Kontakts, der in einen festen Hülsenkontakt eingeschoben wird, erreicht man, daß die Einschaltung ohne Kontaktprellen erfolgen kann, außerdem werden besonders gute Kontaktverhältnisse in eingeschalteter Lage erhalten. Dies ermöglicht, daß der Schalter für einen verhältnismäßig großen Nennstrom ausgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil der genannten

2 0 9 8 13/0289 "³~

Kontaktausbildung ist, daß man im Hülsenkontakt eine gewisse Wegstrecke für das Abbremsen des beweglichen Kontakts erhält, wenn dieser die Einschaltlage erreicht hat. Sehaltapparate der beschriebenen Art müssen nämlich mit besonders großen Kontaktbeschleunigungen arbeiten. Um zu verhindern, daß die verschiedenen Teile des Schalters während des Abbremsens'der beweglichen Teile nicht allzu großen Beanspruchungen ausgesetzt werden, darf dieses nicht zu schnell erfolgen.

Die zwei einander zugekehrten Flächen der Elektroden werden vorteilhaft im wesentlichen gleich ausgebildet. TJm ein günstiges 3?eldbild zu erhalten, können sie mit Vorteil mit einem großen Krümmungsradius im Zentrum und sukzessiv abnehmenden Krümmungsradius zur Kante hin, einem sogenannten Rogowski-Profil, ausgeführt werden. Eine andere Möglichkeit ist, Elektroden mit sphärischer lOrm zu verwenden, die leichter herzustellen sind.

Gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung wird die Auslösung des Schaltapparates mittels einer Betätigungsstange zustandegebracht, die vor der Auslösung von einer Zugkraft beansprucht wird. Dadurch kann die Stange verhältnismäßig dünn gemacht werden, wobei ihre Masse klein wird, was zu einer kurzen Auslösungszeit beiträgt. Ein besonders einfaches und schnelles Auslösesystem kann somit durch Verwendung einer solchen Zugstange zum Übertragen von Auslösungsimpulsen von Erd- zu Hochspannungspotential erhalten werden. Das untere Ende der Stange wird vorzugsweise mit einem Magnetanker eines Haltemagnets verbunden, der bei normalem Betrieb

209 8 13/0289,

-4-

den Anker gegen die Einwirkung einer auf die Stange ausgeübten aufwärtsgerichteten Kraft festhält. Diese Kraft wird vorteilhaft durch Druckgas erzeugt, weil Druckgas ohnehin als Isolationsmittel im Apparat vorhanden sein muß.

Bei einem Betätigungssystem der genannten Art wird zweckmäßig die zum Bremsen der beweglichen Teile des Apparats notwendige Dämpfungsanordnung am unteren Ende der Stange angeordnet. Dadurch wird verhindert, daß die Stange beim Bremsen einer Knickbeanspruchung ausgesetzt wird.

Statt eine isolierende Betätigungsstange zur Übertragung von Auslösung simpulsen von Erd- zu Hochspannungspotential zu benutzen, kann man einen Isoliertransformator verwenden. Dadurch kann erreicht werden, daß die bewegliehe Masse des Betätigungsmechanismus immer gleich groß wird, unabhängig vom Isolationsabstand zwischen Hochspannungspotential und Erde, so daß auch die Betätigungszeiten bei verschiedenem Isolationsniveau die gleichen werden. Andere zweckmäßige Abänderungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden Patentansprüchen hervor.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in der Mg. 1, 2 und 5 im Schnitt drei prinzipielle Ausführungen von Stromschließern für Hochspannung zeigen, die aus zwei Schließelementen bestehen.

-5-2 0 9 8 1 3 / 0 2 8 θ

Der in Fig. 1 gezeigte StroffisehlieSer TaamfaSt einen aiif ifoehspanntingspotential angeordneten. Behälter 1, der vom einem höhlen Stütz— isolator 2 getragen wird« Der geerdete Sockel dieses Isolators ist mit 5 bezeichnet· Burch. einen Kanal 4 im Sockel 5-steint der Bau® innerhalb des Hofeliaälators 2 imd des Behälters 1·. im ¥erMn- äifflg mit einer nieiit gezeigten Brac!kgssGpii@IL-ILeE uni. ist iadtireii stänäig mit B-ruckgss gefüllt· Im Bellälter 1 sind zwei ScJialtsteilen mit je einer festen Elektrode 5 frzw. 6 angeordnet, die einander zugekehrte !kreisförmige löLäeiien fiiaifeen, deren zentraler Beil im wesentlichen eben ist, während die Flächen nahe dem Fmfang wohl abgerundet &inä (Sogen* Eogowski-Brofil)« Die beiden Elektroden t&ü&en durch einen zentral dtireh die Elektrode 6 verschiebbaren stiftfönaigen Eontakt T verbunden werden, dessen freie Endpartie bei Einschalten des Stromschalters in eine in der Elektrode 5 zentral angeordnete, einen Eplsenkontakt ttlläenäe Atisnehmmig 8 eingeführt wird» Die Elektroden 5 werden von in der Wand des Behälters 1 angeordneten IJnrehführnngsisoiatoren 9 vxiä 10 getragen, deren äußere _r nicht gezeigte Enden an. die Eingangsklemmen eines elektrischen Apparats angeehlossen werden* Die Elektroden 6 bilden einen integrierenden Teil eines Gretriebegehäuses 11, das zentral im Behälter 1 angeordnet ist und ein Gtelenksystem 12 enthält« Dieses ffelenksysteia, das zum Betätigungsmechanismus des beweglichen Kontakts gehört, ist über &ln& im Stützisolator 2 angeordnete isolierende Betätigungsstange 15 mit einem Magnetanker H verbunden» Dieser Anker wird bei normalem Betrieb von einem Haltemagnet 15 festgehalten, der aus einem Permanentmagnet mit Auslösespule besteht« Die Betätigungsstange 15» die z.B. aus glasfaserverstärk-

209813/0289 -6-

'-fr- 1615834

tem Kunststoiff ausgeführt sein kann_f ist an. ihrem alleren Ende mit einem in einem lyliifier 16 verschiebbaren Antriefeskarben 17 verbunden« Das Druckgas im Isolator 2 üLlät einen aufwärtsgeriehteten Druck auf den Antriebskolben 1? ams„ so daß die Betätigungsstange 15 ständig von eimer Zngkraft beansprucht ist.

Bie Binsehaltung des Stromsehalters erfolgt dadurch» daß ein elektrischer Impuls der Spule des Haltemagnets 15 zugeführt wird, wo— duron der magnetische Fluß; im Inker lind damit die auf den Anker ausgetobte Haltekraft des Magnets reduziert wird. Der Antriebskolben 17 setzt dalbei die Betätigungsstange 13 *nid damit die Kontakte 7 in Bewegung und führt das Einschaltmanöver aus« In der Endlage werden die Zugstange und die Kontakte von einer am unteren Side der Stange angeordneten, nicht gezeigten Dämpfungsanordnung gebremst. Diese kann zweckmäßig als Luffbremse des gleichen !yps wie in Fig. 3 ausgebildet sein. Eine Ausschaltung erfolgt dadurch, daß ein Riickstellkolben 18 im unterteil 3 des Stromschalters kurzzeitig dadurch unter Druck gesetzt wird, daß dem Raum über dem Kolben durch eine öffnung 19 Druckgas zugeführt wird.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführung eines Stromschließers für Hochspannung gezeigt, bei der die Betätigung im Prinzip in gleicher Weise wie in Fig. 1 geschieht. Der Haltemagnet 15 ist hier jedoch auf Hoehspannungspotential angeordnet, und der elektrische Impuls zur Auslösungsspule wird über einen Isoliertransformator von Erdzu Hochpotential übertragen. Die Isolierstange 13 .fällt dadurch weg, und die bewegliche Masse des Betätigungsmechanismus wird dabei

209813/0289 ₇

unabhängig vom Isolationsabstand zwischen Hochspannungspotential und Erde. Auf dem Grundrahmen des Schalters ist ein Druckgasbehälter· 21 angeordnet, der einmal über den Hohlisolator 2 in Verbindung mit dem Behälter 1 steht und zum andern über ein Dreiwegventil 22 in Verbindung mit einem Gasführungsisolator 23 für die Ausschaltung des Schalters gesetzt werden kann. Der Druckgasbehälter 21 kann mit einer Druckgasquelle verbunden sein und ist in üblicher Weise mit erforderlichen (nicht gezeigten) Ventilen versehen. Im unteren Teil des Stützisolators 2 ist ein elektrisches Heizelement 24 eingesetzt. Im Anschluß'an den Betätiguigsmeehanismus des Sehalters auf Hochspannungspotential ist eine Anzeigeanordnung 25 angeordnet, die die Kontaktlage des Schalters anzeigt.

Bei normalem Betrieb wird der Anker 14 am Haltemagnet 15 festgehalten und der Gasführungsisolator 23 steht in Verbindung mit dem Druckgasbehälter 21, wobei auch der Baum auf der Unterseite des Rückstellkolbens 18 auf Hochspannungspotential mit Druckgas gefüllt ist. Die Einschaltung des Schalters erfolgt dadurch, daß der Einschaltkontakt 26 geschlossen wird, wobei ein elektrischer Impuls über den Isoliertransformator 20 zur Auslösespule des Haltemagnets 15 übertragen wird. Die auf den Anker 14 ausgeübte Haltekraft wird dabei aufgehoben, und der Antriebskolben 17 kann schnell die Kontakte des Schalters in die eingeschaltete Lage führen. Die Ausschaltung erfolgt dujch einen elektrischen Impuls zum elektromagnetisch betätigten Dreiwegeventil 22, wobei der Raum unter dem Rückstellkolben 18 auf Hochpotential über den Luftführung^isolator

-8-20 9 813/0289

23 kurzzeitig in Verbindung mit der freien Luft gesetzt wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführung eines Stromschließers mit einer anderen Betätigungsvorrichtung, die besonders zweckmäßig in den

.Fällen ist, wo man noch kürzere Einschältzeiten als die haben will, die mit den Anordnungen nach !ig. 1 und 2 erreichbar sind. Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist der in den übrigen Figuren gezeigte

. Haltemagnet durch eine mechanische Sperre 27 ersetzt worden. Wenn der Schalter eingeschaltet werden soll, wird die Sperre durch Zündung einer Sprengladung 28, die im · Sperrhaken eingebaut ist, entfernt. Die Sprengladung wird mit Hilfe eines elektrischen Impulses gezündet, der über den Isoliertransformator 20 zugeführt wird. Die Kontakte 7 werden dabei vom Antriebskolben 29 in Bewegung gesetzt und vom Dämpfungskolben 30 gebremst, wenn sie die Einschaltlage erreichen. Die Kolben und die Kontaktstangen, die diese tragen, können so bemessen werden, daß besonders große Beschleunigungen erhalten werden. Der Stromübergang zwischen den beweglichen Kontakten 7 und den metallischen Druckgefässen 1 wird mit Hilfe von Rollkontakten 31 und Litzen 32 erhalten. In der Ausschaltlage des Schalters steht der Raum auf der einen Seite des Antriebskolbens 29 in Verbindung mit der freien Luft über den Luftführungsisolator 23 und das Magnetventil 22. Bei Ausschaltung wird dieser Raum mit dem Druckluftbehälter 21 auf Erdpotential in Verbindung gesetzt, wobei die beweglichen Kontakte in die Ausschaltlage geführt und dort festgehalten werden.

-9-20981 3/0289

-⁹ - 1815634

Als Druckgas in diesem Schaltertyp kann man beispielsweise außer Druckluft elektronegative (rase verwenden, die in Hinsicht auf Spannungsfestigkeit besonders geeignet sind. Druckluft stellt sich jedoch bedeutend billiger, wenn man, um kruze Einschaltzeiten zu erreichen, kleine Antriebskolben, und verhältnismäßig hohen Druck zu verwenden wünscht.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele begrenzt. Die Elektroden und Kontakte können z.B. statt in Druckgefässen aus Metall mit elektrischen Durchführungen innerhalb eines mit Druckluft gefüllten Eaumes aus Isoliermaterial angeordnet sein. Bei Spannungen, die höher sind als die Isolationsspannung eines Schaltelements, können Vielfachschalter durch Reihenschaltung mehrerer Schaltelemente gebaut werden_r wobei die Spannung gleichmäßig über alle Elemente mit Hilfe von Barallelimpedanzen verteilt wird.

Mit gewissen Abänderungen können die gezeigten Betätigungsarten auch bei Schnellausschaltung anstelle von Schnelleinschaltung verwendet werden.

-10-

20981370283

Claims

Patentansprüche ι

1 · Hochspannungsschalter, insbesondere Schalter zum schnellen Kurzschliessen elektrischer Apparate in einer elektrischen Anlage bei Betriebsstörungen, bei dem zur Betätigung des Sohaltero ein von Erdpotential aua aualünbnror Antrieb dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter mindestens zwei in einem mit Druckgao gefüllten und auf Hochopannungspotential befindlichen Behälter (1) angebrachte feste Elektroden (5, 6) hat, die einander zugekehrte, wohl abgerundete Flächen haben, und zur Verbindung beider Elektroden ein verschiebbarer stiftförmiger Kontakt (7) dient, der in einer Bohrung der einen Elektrode sitzt und in eine gleichachsige Bohrung (8) eingeführt werden kann»
2. Schalter nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die beiden einander zugekehrten Flächen der Elektroden (5, 6) im wesentlichen gleich sind*
3· Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dit Auslösung der sohnellen Bewegung des Schaltors mit einer Betätigungsstange (19) zuütnndogebraoht wird, dio vo.r dor Auülüounß durch ein· Zugkraft beansprucht ist«
4* Schalter naoh Anspruoh 3, daduroh gekennzeichnet, daß die Stange (19) den Auslöseimpuls von Erd- zum Hoohspannungspotential überträgt.

-11-209813/0289
5· Schalter nach Anspruoh 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Stange (19) mit einem Magnetanker (14) eines HaltemagnetB (15) verbunden ist, der bei normalem Betrieb den
Anker gegen die Einwirkung einer auf dit Stange ausgeübten aufwärts gerichteten Kraft festhält« - .
6» Schalter naoh Anspruch 4 oder 5, gekennβοlohnet durch «in· am unteren Ende der Stange (19) angeordnete Dämpfungsvorrichtung für die beweglichen Teile des Schalters·
7· Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskraft für die Betätigung des Schalters durch Druckgas erzeugt wird·
8· Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Schalters durch Wegsprengen
einer Sperre mit einem Sprengmittel erreicht wird.
9· Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter durch einen elektrischen Impuls ausgelöst wird, der von Erd- zu Hochspannungspotential über einen Ieoliertranaformator tibertragen wird·
10. Sehalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter mehrere reihengeschalte Elektroden hat, die je von einer Parallolimpodanz überbrückt nind.

209813/0289

Leerseite