DE1615634A1 - Hochspannungsschalter - Google Patents
HochspannungsschalterInfo
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
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Description
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
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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
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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-
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'-fr- 1615834
tem Kunststoiff ausgeführt sein kannf 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
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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
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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.
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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 werdenr 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-
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Claims (10)
- Patentansprüche ι1 · 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.209813/0289Leerseite
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