DE1640124A1

DE1640124A1 - Elektrischer Schalter

Info

Publication number: DE1640124A1
Application number: DE1966G0045776
Authority: DE
Inventors: Gratzmuller Jean Louis
Original assignee: GRATZMULLER JEAN LOUIS
Current assignee: GRATZMULLER JEAN LOUIS
Priority date: 1965-01-21
Filing date: 1966-01-19
Publication date: 1971-10-14
Also published as: NL149941B; US3569651A; BE675378A; SE331852B; DK123677B; NL6600732A; GB1104228A; JPS4840940B1

Description

Elektrischer Schalter

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter sowie auf an ihnen vorgenommene Verbesserungen.

Hinsichtlich der Art des dielektrischen Mediums, in welchem der Abschaltvorgang erfolgt, lassen sich nach dem heutigen Stande der Technik die Schalter in zwei Hauptarten einteilen, deren Ausschal tkenndaten mit den ständig steigenden Kurzschlußleistungen der Hoch- und Mittelspannungs-Stromversorgungsnetze vereinbar sind. Diese beiden Arten sind:

1. Öl-Schalter, die, wie es in den Vereinigten Staaten von Amerfle üblich ist, ein großes Ölvolumen oder, wie es in Europa üblich ist, ein kleines ölvolumen haben können und

2* Gas-Schalter, wie beispielsweise die Druckluft-Schalter und seit kurzem die Schwefelhexafluorid-(SF₆)-Schalter.

Die Erfindung betrifft Schalter, bei welchen man zum Löschen des

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— ρ —
Lichtbogens ein neuartiges dielektrisches Medium verwendet.

Die Erfindung schafft einen Schalter, bei dem das isolierende Medium, in welchem das Unterbrechen des Lichtbogens erfolgt, ein verflüssigbares Gas ist, das durch Druckbeaufschlagung bei den üblichen Umgebungstemperaturen zumindest in der Ausschaltkammer des Schalters in flüssigem Zustand gehalten wird. Bei einem solchen Schalter wird das isolierende Medium aus denje-_Ä nigen verflüssigbaren dielektrischen Gasen ausgewählt, die sowohl in gasförmigem als auch in flüssigem Zustand für die Lichtbogenlöschung günstigere physikalische, chemische und/oder elektrische Eigenschaften aufweisen, als Luft bzw. öl.

Die bisher bei Schaltern verwendeten einzigen isolierenden Flüssigkeiten, d. h. Öle o. dgl., weisen die ihrem flüssigen Zustand eigenen Vorteile, und zwar einen höheren Wärmeübertragungskoeffizienten als Gase, und folglich eine höhere Wärmeabfuhrgeschwindigkeit der Lichtbogensäule auf, was sich in einer niedrigen Zeit-™ konstante äußert, die aufgrund der hohen Regenerierungsgeschwindigkeit des dielektrischen Mediums für das Unterbrechen von Wechselstromlichtbogen zum Zeitpunkt ihres Nulldurchgangs günstig ist. Jedoch hat Öl den Nachteil, daß es unter Bildung elektrisch; leitender Verkohlungsprodukte durch den Lichtbogen zersetzt wird.

Bei den Gas-Schaltern hat man seit einigen Jahren versucht, die Luft durch ein Gas zu ersetzen, das bessere Eigenschaften (Zeit-

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konstante, Durchschlagfestigkeit, Ausschaltleistung) als Luft aufweist, was zur Entwicklung der SFg-Schalter geführt hat. Dieses Gas ist außer den Vorteilen, die es gegenüber Luft bietet, Öl insofern überlegen, als es unter Einwirkung des Ausschaltlichtbogens keinerlei elektrisch leitenden Zersetzungsprodukte bildet. Darüber hinaus vereinigen sich die meisten seiner Zersetzungsprodukte sofort wieder zu SF₆. Jedoch haben die SF₆-Leistungsschalter den Nachteil, daß sie mit einer Aufheizvorrichtung versehen sein müssen, die das Schwefelhexafluorid in ^ der kalten Jahreszeit in gasförmigem Zustand halten. Diese Leistungsschalter sind also auf eine äußere Energiequelle angewiesen, statt, wie die Öl-Leistungsschalter, im wesentlichen selbständig, also von äußerer Energie unabhängig zu sein.

Die Schalter nach der Erfindung behalten die Vorteile der Öl-Schalter und die der Gas-Schalter, ohne jedoch ihre jeweiligen Mängel aufzuweisen.

Erfindungsgemäß haben die neuartigen Schalter einen Aufbau, der im wesentlichen mit dem der Schalter mit geringem Ölvolumen übereinstimmt, jedoch ist das Öl durch ein druckbeaufschlagtes verflüssigtes Gas, wie beispielsweise Schwefelhexafluorid (SF₆), Selenhexafluorid (SeF₆), C-Fg-Gase, CF₃SF₅-GaSe, elektronegative Gase, unter der Handelsbezeichnung "Freon" bekannte perhalogenierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise CCl₂F₂, ersetzt worden. Im Nachstehenden sind diese Gase allgemein als "verflüssigbare dielek-

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trische Gase¹¹ bezeichnet.

Bei einem Schalter nach der Erfindung wird das verflüssigbare dielektrische Gas bei im wesentlichen konstantem Druck in flüssigem Zustand gehalten, wobei dieser Druck für bestimmte Gase in der Nähe oder oberhalb des kritischen Drucks des Gases liegt. Die Druckbeaufschlagungsmittel sind im allgemeinen so, daß infolge von Temperaturveränderungen Druckveränderungen von begrenzter Amplitude entstehen dürfen.

Bei solchen Schaltern wird die zum Bewirken der dauerhaften Verflüssigung des dielektrischen Mediums ausreichende Druckbeaufschlagung zweckmäßigerweise durch einen hydraulischen Speicher von bekannter Bauart mit Feder oder mit verdichtetem Gas herbeigeführt, der einencen Innenraum des Speichers unterteilenden Kolben besitzt oder nicht. Aufgrund dieser Anordnung ist der Schalter bei normalem Betrieb nicht auf eine äußere Energiequelle angewiesen. Im einzelnen brauchen keine Heiz- oder Kühlmittel vorgesehen zu werden, um das einwandfreie Arbeiten des Schalters im Freien bei allen, beispielsweise auf dem französdchen Festland anzutreffenden, extremen Temperaturbedingungen von -40 bis +6O⁰C zu ermöglichen.

Ein Schalter nach der Erfindung kann eine abgedichtete Ausschalt kammer, in welcher mindestens ein feststehender Kontakt und ein

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beweglicher Kontakt vorhanden sind und die mit einem verflüssigbaren dielektrischen Gas in flüssigem Zustand gefüllt ist, und außerdem einen hydraulischen Speicher besitzen, dessen mit dem gleichen Sas in flüssigem Zustand gefüllte Flüssigkeitskammer auf hydraulischem Wege mit der vorerwähnten Ausschaltkammer in Verbindung steht und dem durch die elastischen Mittel des Speichers ausgeübten Druck ausgesetzt ist, der ausreicht, um das Gas unter den üblichen Umgebungstemperaturbedingungen in flüssigem Zustand zu halten.

Brfindungsgemäß sind zwischen der Ausschaltkammer, dem Speicher und/oder der Außenluft Verbindungsmittel vorgesehen, um bei Inbetriebnahme der Anlage das Entleeren der in ihr enthaltenen Luft sowie aus Temperaturveränderungen herrührende Volumenveränderungen zu ermöglichen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einiger in den beigefügten Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Bs zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schalter nach der Erfindung, in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 eine gesonderte Ansicht eines hydraulischen Speichers mit

. - 6 einer die Einrichtung unter Druck haltenden Feder,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Schalters nach der Erfindung, in schematischer Darstellung,

Fig. 5, 6 und 7 drei Arten zum Füllen des Schalters mit verflüssigbarem Gas,

Fig» 8 eine Pegelstandanzeigeeinrichtung für einen Schalter nach der Erfindung und

Fig. 9 eine weitere Variante eines Schalters nach der Erfindung, bei welcher die Druckbeaufschlagung des flüssigen Dielektrikums mit Hilfe eines im oberen Teil der Ausschaltkammer , vorhandenen Gaspolsters erfolgt.

In Fig. 1 ist ein sog. ''aufgesetzter¹¹ Schalter dargestellt, bei welchem die Ausschaltkammer auf der Oberseite einer isolierenden Säule 4 angeordnet ist. Dieser Schalter entspricht hinsichtlich seiner Bauweise den bekannten sog. Schaltern "mit geringem ülvolumen^M. In der Ausschaltkammer 2 ist ein beweglicher Kontakt 6 verstellbar, gegen den die an einen Teil 10 der Leitungsschiene angeschlossenen Gleitkontakte 8 anliegen und, der mit einem an den anderen Teil 14 der zu unterbrechenden Leitungsschiene angeschlossenen feststehenden oder Tulpenkontakt 12 in Eingriff gebracht

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werden kann. Der bewegliche Kontakt 6 wird zum Bin- und Ausschalten durch einen üblichen Betätigungsmechanismus 16, der beispielsweise aus einem hydraulischen Arbeitszylinder besteht, betätigt, mit welchem er mittels einer isolierenden Stange 18 verbunden ist.

Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist der Innenraum 19 der Kammer 2 in abdichtender Weise verschlossen, wobei an der Durchtrittsstelle des beweglichen Kontakts durch den Boden 22 d der Kammer insbesondere eine Dichtungspackung 20 vorgesehen ist.

In den Innenraum 19 mündet eine isolierende Leitung 24 ein, die durch die isolierende Säule 4 verläuft und in die Flüssigkeitskammer 26 eines geerdeten hydraulischen Speichers 28 einmündet.

Diese Flüssigkeitskammer, die sich durch einen frei beweglichen Kolben 30 begrenzen läßt, wird durch die üblichen elastischen Mittel des Speichers, beispielsweise durch ein in der zweiten Kammer des Speichers eingeschlossenes druckbeaufschlagtes Gaspolster 32, unter Druck gehalten. Die vorerwähnten elastischen Mittel können, wie in Fig. 3 dargestellt, aus einer Feder 33 bestehen.

Die Innenräume der Ausschaltkammer 2, der Leitung 24 und der Kammer 26 des hydraulischen Speichers sind vollständig mit einem verflüssigbaren dielektrischen Gas, beispielsweise mit

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SF^ oder Fluorchlormethan,gefüllt, das mit Hilfe des durch das ο

Gaspolster 32 ausgeübten Drucks in flüssigem Zustand gehalten wird. Selbstverständlich wählt man für dieses Gaspolster ein Gas, beispielsweise Stickstoff, dessen Verflüssigungsdruck eindeutig über dem Verflüssigungsdruck des ausgewählten dielektrischen Gases liegt. Ein Ventil 34 ermöglicht, wie üblich, das Nachfüllen des Speichers, wobei sich mit Hilfe eines Manometers 36 der Pruck des dielektrischen Mediums in dem Schalter überprüfen und die in der Kammer 26 enthaltene Flüssigkeitsmenge ablesen läßt, wobei dieses. Manometer Sicherheitsvorgänge oder Vorgänge zur Wiederherstellung des Drucks automatisch steuern kann. Ein an der Oberseite der Ausschaltkammer angebrachtes Ablaßventil 38 ermöglicht das Ablassen von Luft bei Inbetriebnahme des Schalters.

Bei einem wie vorstehend beschriebenen aufgesetzten Schalter ist die Säule 4 normalerweise mit isolierendem Öl gefüllt, vie es bei den bekannten Leistungsschaltern gebräuchlich ist. Jedoch läßt sich die Dichtheit an der Dichtung 20 auf Grund von durch den Ausschaltlichtbogen an dem beweglichen Kontakt 6 verursachten Erosionen mit der Zeit nur schwierig aufrechterhalten.

Demzufolge wird nach einer in Pig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung die abdichtende Zwischenwand 20 - 22 zwischen der Ausschaltkammer und dem Innenraum der isolierenden Säule weggelassen, wobei dann diese sämtlichen Innenräume mit

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ORfGlNAL INSPECTED

druckbeaufschlagtem verflüssigtem dielektrischem Gas gefüllt werden.

Die einzige Abdichtung zwischen einem feststehenden und einem beweglichen Teil wird dann durch die Dichtung 40 an der Unterseite der Säule 4 bewirkt, die mit der Kolbenstange 42 des hydraulischen Zylinders zusammenwirkt, die einwandfrei glatt sein kann und vor Erosionswirkungen geschützt ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist außerdem eine Entleerungsvorrichtung vorgesehen, durch die vermieden wird, das schwierig zugängliche und sich bei Betrieb des Schalters im spannungsführenden Teil befindende Ablaßventil 38 betätigen zu müssen. Zu diesem Zweck wird an der Oberseite der Ausschaltkammer eine Ablaß- oder Entleerungsleitung 44 angebracht, in die ein Rückschlagventil 46 eingesetzt ist, das einen Umlauf des Strömungsmittels nur in Richtung des Pfeiles 48 zuläßt.

Die isolierende Leitung 44 führt in die Flüssigkeitskammer 26 des Speichers 28^f zurück. Die Leitung 24', die die Flüssigkeitskammer 26 mit dem Innenraum der isolierenden Säule 4 und der Ausschaltkammer 2 verbindet, ist ebenfalls mit einem Rückschlagventil 50 versehen, das in dieser Leitung den Umlauf des Strömungsmittels nur von dem Speicher zum Schalter zuläßt.

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Ein am unteren Teil der Leitung 44 angebrachtes, also geerdetes und leicht zugängliches Ablaßventil 52 ermöglicht es, "den Innenraum des Schalters mit der Außenluft in Verbindung zu setzen, um den Schalter bei Inbetriebnahme zu entlüften. Bin Halteventil 54 ermöglicht es, den Speicher 28», während dieses Vorgangs abzusperren. Das Halteventil 54 kann durch ein einfaches Rückschlagventil ersetzt werden, so daß sich bei Inbetriebnahme das Öffnen des Ventils erübrigt. Selbstverständlich lassen sich die beiden Ventile 52 und 54 zu einem einzigen Dreiwegventil zusammenfassen.

An der Leitung 24· ist ein Manometer 36 sowie ein Anschluß 56 angebracht, der zum Füllen der Anlage oder zum Erneuern der Füllung an einen Vorrat verflüssigbaren Dielektrikums angeschlossen werden kann. An einer Stelle der Anlage kann ein Sicherheitsventil 57 angebracht werden.

Da verflüssigbare dielektrische Gase im allgemeinen viel schwerer sind als Luft, genügt es bei Beginn des Füllens, das Ablaßventil 52 solange zu öffnen, bis sämtliche in der Anlage enthaltene Luft entwichen ist.

in Fig. 2 ist als Variante ein Speicher 28' dargestellt, bei welchem die Flüssigkeitskammer 26 und die Gaskammer 32 nicht j durch einen beweglichen Kolben voneinander getrennt sind, wobei

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das elastische*Polster aus verdichtetem Gas 32, beispielsweise aus Stickstoff , seinen Druck auf das in der Flüssigkeitskammer 26 enthaltene verflüssigte dielektrische Gas unmittelbar ausübt..

Der vorstehend beschriebene Kreislauf, der den Innenraum des Schalters mit dem Speicher und bei Bedarf mit der Außenluft und einer Dielektrikumquelle verbindet, ermöglicht ausserdem Λ das Bewirken eines Umlaufs des Dielektrikums in geschlossenem Kreislauf in einer Richtung sowie einer automatischen Entleerung von Fremdgasen.

Der Speicher 28« ist bis auf einen Druck P gefüllt oder seine Feder übt gemäß Fig. 3 auf den Kolben einen Druck P aus, der so hoch ist, daß das verflüssigbare dielektrische Gas bei den üblichen Umgebungstemperaturen in flüssigem Zustand gehalten wird. So kann der Speicher, sofern man als verflüssigbares dielektrisches Gas Schwefelhexafluorid SF₆ auswählt, unter den üblichen Temperaturbedingungen bis auf einen Druck von mindestens 35 kg/cm gefüllt werden. Sofern als verflüssigbares dielektrisches Gas Freon verwendet wird, braucht dieser Druck

2 nur in der Größenordnung von 15 bis 20 kg/cm zu liegen.

Beim Eintreten eines Temperatursturzes oder -abfalls nimmt das Volumen des in dem Schalter enthaltenen flüssigen dielektrischen Gases ab, wobei das Rückschlagventil 46 geschlossen gehalten wird,

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während sich das Rückschlagventil 50 öffnet und eine entsprechende Menge flüssigen dielektrischen Gases aus der Flüssigkeitskammer 26 in Richtung auf den Schalter strömt. Selbstverständlich nimmt das Volumen der Gaskammer 32 entsprechend zu und der Druck nimmt ab, jedoch bleibt das dielektrische Gas in seiner Flüssigphase, da die Temperatur gesunken ist.

Wenn dagegen ein Temperaturanstieg eintritt, erfolgt der Zustrom aus dem Schalter über die Leitung 44 in Richtung des Pfeiles 48 in den Speicher hinein. Dieses Überströmen oder Umfüllen ist von einem Anstieg des Gesamtdrucks in der Anlage begleitet, so daß das dielektrische Gas trotz des Temperaturanstiegs in flüssigem Zustand gehalten wird.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß auf diese Weise entsprechend den Temperaturveränderungen ein langsamer Umlauf des Dielektrikums in geschlossenem Kreislauf stattfindet.

Durch diesen Umlauf kann die Flüssigkeit gefiltert werden, wobei die Gase in den Speicher zurückgeführt werden. Auf diese Weise wird eine Reinigung oder eine ständige und automatische Entgasung der Anlage durchgeführt*

Bei bestimmten verflüssigbaren dielektrischen Gasen, deren kritische Temperatur in der Nähe der Temperatur liegt, die bestimmte Teile des der Sonne ausgesetzten Schalters (für

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PSg 45,5° C) erreichen können, kann der Druck bedenkenlos einen über dem kritischen Druck liegenden Wert erreichen und es kann sogar vorteilhaft sein, den Druck ständig über diesem kritischen Wert zu halten, um mit Sicherheit die ZustandsVeränderungen mit Volumenveränderüng zu verhüten.

In allen Fällen ist es zweckmäßig, das Volumen des Speichers dem Volumen des das verflüssigte Dielektrikum enthaltenden Schalters so anzupassen, daß die Druckveränderungen in Auswir- ^ kung der Temperatur das Dielektrikum zumindest in dem Teil des Schalters in flüssigem Zustand halten, in welchem der Lichtbogen auftritt.

Obwohl einige der unter der Handelsbezeichnung "Freon" bekannten Gase schlechtere dielektrische Eigenschaften aufweisen, als Schwefelhexafluorid-Gas (SF_g-Gas), kann die Verwendung von Ereon, zumindest einiger Arten von ihnen, bei den Schaltern nach der Erfindung aufgrund ihrer sehr niedrigen Verfestigungstempera- f türen und ihrer weit über allen in der Praxis anzutreffenden Außentemperaturen liegenden kritischen Temperaturen vorteilhaft bzw. zweckmäßig sein. Darüber hinaus ist ihr Verflüssigungsdruck verhältnismäßig niedrig und die Anlage kann entsprechend den verwendeten Gasarten bei Drücken von 15 bis 20 kg/cm arbeiten.

Der in Fig» 4 dargestellte Schalter entspricht dem in Fig. 1 dar-

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gestellten Schalter insofern, als der Innenraum 19 der mit einem verflüssigten dielektrischen Gas, beispielsweise mit SF₆, gefüllten Ausschaltkammer 2 durch einen mit einer Dichtungspackung 20 versehenen Boden 22 von dem Innenraum der isolierenden Säule 4 getrennt ist, die mit isolierendem Öl gefüllt sein kann.

Dieser Schalter entspricht andererseits dem in Fig. 2 dargestellten Schalter insofern, als er einen geschlossenen Kreislauf besitzt, der den Umlauf des flüssigen Dielektrikums zwischen dem druckbeaufschlagten Speicher 28 und der Auschaltkammer ermöglicht. Dieser geschlossene Kreislauf umfaßt eine Leitung 44, die oben in der Ausschaltkammer 2 mündet und die mit der an den Speicher 28 angeschlossenen Leitung 44* über einen Filter 60 in Verbindung steht, auf dessen beiden Seiten je ein Halteventil 62 bzw. 54 angebracht ist.

Der geschlossene Kreislauf wird durch Leitungen 24 - 24' ergänzt, die einerseits an den Speicher 28 angeschlossen sind bzw. andererseits in den unteren Teil der Ausschaltkammer einmünden.

Wie bereits erörtert, erzeugen die Temperaturveränderungen einen Umlauf des flüssigen Dielektrikums, der durch das Vorhandensein der Rückschlagventile 46 und 50 nur in Richtung der an den Leitungen 44 und 24 eingezeichneten Pfeile stattfinden kann, so daß die Durchführung einer ständigen Filterung des Dielektri-

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- 15 kums möglich ist.

Zum Auswechseln bzw. Erneuern des Filters genügt es, die beiden Ventile 54 und 62 zu schließen und das Filterelement aus zuwechseln.

Falls die Anlage nur geringen Temperaturunterschieden ausgesetzt ist oder man eine schnelle Filterung zu erzielen wünscht, kann in den geschlossenen Kreislauf eine Umwälzpumpe 64 eingesetzt werden.

Es ist vorteilhaft, das SF₆ oder ein entsprechendes flüssiges Dielektrikum mittels Durchfluß durch den Filter 60 zu filtern, jedoch ist es außerdem vorteilhaft, die erste Füllung mit einem Dielektrikum vorzunehmen, das von jeglichen Fremdstoffen, die sich beispielsweise in den Flaschen, in welchen das verflüssigte Gas geliefert wird, vorhanden sein könnten, so weit wie möglich frei ist.

Deshalb ist es bei einem Schalter nach der Erfindung aveckmäßig, die erste Füllung mittels fraktionierter Destillation, beispielsweise nach dem einen oder anderen der in Fig. 5 und 6 veranschaulichten Verfahren, vorzunehmen. Zum Einsparen von Schwefelhexafluorid (SF₆) ist es zweckmäßig, vor Beginn des Füllens des Schalters die Luft mit Hilfe von Stickstoff aus einer an den Anschluß

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56 angeschlossenen Flasche zu entleeren bzw. hinauszuspülen« Der Stickstoff ist billig und, falls er in dem Kreislauf zurückbleibt, ist dies besonders dann unbedenklich» wenn der Speicher 28 keinen Zwischenkolben besitzt.

Nachdem auf diese Weise die Luft aus der Anlage entfernt worden ist, kann man unter Zwischenschaltung eines Verdichters 68 an den Anschluß 56 eine Flasche 66 mit flüssigem SF₆ (Fig'. 5) anschließen· Die Entnahme aus der Flasche erfolgt in der Sasphase, so daß die ggf. in dem flüssigen SF^ enthaltenen Verunreinigungen nicht in die ^Bl age gelangen«

Wenn das gasförmige SF₆ den Stickstoff vollständig hinausgetrieben hat, schließt man das Entleerungsventil 52, das Vorzugsweise möglichst nahe dem Einfüllanschluß 56 angebracht ist, um, wie in Fig· 4 gezeigt, eine vollständige Entleerung zu er^· zielen, worauf der Verdichter 68 den Druck in der Anlage bis auf den gewählten Wert erhöht.

SemHß dem Füll verfahren nach Fig. 6 wird die Flasche 66 mit SF₆ einfach an den Anschluß 56 »it Hilfe einer Leitung 70 angeschlossen, in die ein Sicherheitsventil 7JSt eist« gesetzt 1st, vorauf man die Flasche 66, beispielsweise nittels eines Wasserbades 74, aufheizt· Auch in diesem Falle erfolgt das Füllen mittels Destillation, so daß die Anlage ait gereinig-

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tem Dielektrikum gefüllt wird.

Gemäß dem in Fig. 7 veranschaulichten Verfahren erfolgt das Füllen unmittelbar mit Hilfe von reinem, flüssigem SFg, das in einem Behälter 76 enthalten ist, der einem hydraulischen Speicher entspricht. Dieser Behälter ist durch einen frei beweglichen Kolben 78 in eine mit flüssigem SF₆ gefüllte erste Kammer 80, die über eine Leitung 82 an den"Einfüllanschluß 56 angeschlossen werden kann, und eine zweite Kammer 84 unterteilt, die an eine druckbeaufschlagte Flüssigkeitsquelle, beispielsweise an eine Ölquelle, angeschlossen werden kann. Diese Flüssigkeitsquelle kann beispielsweise eine Pumpe 86 enthalten, die Öl aus einem Behälter 88 ansaugt und es unter Druck in die Kammer 84 hineinfördert. Ein Sicherheitsventil 90 entleert bei abnormalem Überdruck und, wenn der Kolben 78 sein Hubende erreicht hat,das druckbeaufschlagte Öl in den Behälter 88 hinein« Zu diesem Zeitpunkt wird das Ventil 92 des Behälters 76 geschlossen, worauf das Ventil 94 einer Leitung 96 geöffnet wird, um das in der Kammer 84 enthaltene Öl in den Behälter 88 zu leiten. Dieses | Verfahren läßt sich bei einem Behälter 76 mit nur beschränktem Fassungsvermögen vorteilhaft zu Teilerneuerungen der Füllung der Anlage verwenden.

Bei einem Schalter nach der Erfindung kann eine Einrichtung zur sichtbaren Anzeige der in dem Gerät enthaltenen Menge verflüssigten Dielektrikums vorgesehen werden, da sich das flüssige FSg vie Wasser verhält und in einem üblichen Pegelstandanzeiger einwandfrei sichtbar ist.

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Bine Ausführungsform einer solchen Einrichtung is,t in Fig. 8 dargestellt, in welcher nur ein Speicher 28' entsprechend dem in Fig. 2 dargestellten Speicher veranschaulicht ist, an den die beiden Leitungen 44 und 24¹ für den Umlauf des Strömungsmittels angeschlossen sind. Selbstverständlich ließe sich die gleiche Einrichtung bei einem Speicher verwenden, an den nur eine Leitung zur Druckbeaufschlagung, beispielsweise die Leitung 24 nach Fig. 1, angeschlossen ist.

Dieser Speicher enthält ein gewisses Volumen 26 flüssigen SF₆, über welchem ein Polster aus verdichtetem Gas 32, beispielsweise aus Stickstoff, angeordnet ist, das seinen Druck ohne Zwischenschaltung eines Kolbens auf das flüssige SF_g des Raumes 26 unmittelbar ausübt. An dem Speicher 28* ist, vorzugsweise unter Einschaltung von zwei Absperrventilen 100 und 102, ein Pegelstandanzeiger mit Schauglas 98 angebracht. Somit lassen sich die Menge flüssigen Dielektrikums und die Menge des das elastische Polster bildenden Gases durch Augenschein überprüfen. Das Nachfüllen des Speichers mit Stickstoff kann über das Ventil 34^f erfolgen.

Im Vorstehenden war insbesondere von der Verwendung von Schwefelhexafluorid (SFg) als verflüssigtes dielektrisches Gas die Rede, jedoch ist klar, daß das im vorstehenden Gesagte auch dann gilt, wenn das Dielektrikum ein anderes verflüssigbares Gas mit zuläng-

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lichen dielektrischen Eigenschaften, beispielsweise Freon oder ein Gemisch aus mehreren Gasen, ist. In bestimmten Fällen kann es zweckmäßig sein, solche Gasgemische beispielsweise zum Herabsetzen des Gefrierpunktes des Dielektrikums (für FS₆ -50,8° C) zu verwenden, wenn die Schalter in sehr kalten Ländern im Freien angebracht sind.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Variante ist die Ausschaltkammer 2 mit flüssigem SF_g gefüllt _t wobei die isolierende Säule 4, je nachdem, ob zwischen diesen beiden !!lementen, d. h. der Ausschaltkammer und der isolierenden Säule des Schalters eine Zwischenwand vorgesehen ist oder nicht, mit flüssigem SF₆ oder isolierendem öl oder einem anderen Dielektrikum, beispielsweise mit gasförmigem SF₆, gefüllt sein kann.

Bei dieser Ausführungsform wird die Druckbeaufschlagung des flüssigen SF₆ durch ein unter Druck stehendes Gaspolster, beispielsweise aus Stickstoff, bewirkt, das sich, statt, wie in den vorherigen Fällen, in einem Behälter eingeschlossen zu sein, unmittelbar über dem Spiegel 106 des Dielektrikums in einer oberhalb der Ausschaltkammer 2 liegenden Kammer 1OS befindet* Diese Kammer 108 ist mit eiiie» Pegelstandanzeiger 98 und einem Sicherheitsventil 110 versehe»*

Eine solche Druckbeaufschlagungseinrichtung könnte bei sich im

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Freien befindenden Schaltern, die täglichen sehr großen Temperaturschwankungen und -Veränderungen ausgesetzt sind, Mangel aufweisen. Bs wurden dabei, sofern für die Kammer 108 nicht ein verhältnismäßig großes Volumen vorgesehen würde, erhebliche Druckveränderungen entstehen. Dagegen sind bei in geschlossenen Stationen oder, besser noch, in unterirdischen Stationen untergebrachten Leistungsschaltern die Temperaturen im wesentlichen konstant, wobei sich die Drücke nur wenig verändern, so daß diese einfache Lösung von besonderem Interesse ist.

Die Anlage ist durch ein Manometer 36 und ein Thermometer 112 ergänzt, die es mit dem Pegelstandanzeiger 98 ermöglichen, die in der Anlage enthaltene tatsächliche Stickstoffmenge unter allen Umständen zu ermitteln«

Es könnte als einfacher erscheinen, bei einem Schalter gemäß dieser Variante das Gaspolster mit Hilfe der sich über der ^ Flüssigphase befindenden Gasphase des SF_g zu bilden. Jedoch bestünde in diesem Falle beim Ausschalten, wenn sich der bewegliche Kontakt 6 von dem feststehenden Kontakt 12 entfernt, die Gefahr des Erzeugens eines Hohlraums an der vorher durch den beweglichen Kontakt eingenommenen Stelle, so daß der Lichtbogen schwer erlöschen würde. Wenn man dagegen ftr das Gaspolster 104 ein Gas mit einem viel höheren Verflüssigungsdruck als das SF₆, und zwar Stickstoff, wählt, so zwingt der Druck, der höher ist als der oberhalb des Schwefelhexafluoridspiegels 106 herr-

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sehende Dampfdruck des SF₆, das flüssige Dielektrikum dazu, mit dem Zurückweichen des beweglichen Kontaktes den durch diesen Kontakt freigegebenen Raum einzunehmen, was bewirkt, daß das Erlöschen des Lichtbogens infolge einer Wirkung ähnlich einem Ausblasen aufgrund der Zufuhr nicht ionisierten Dielektrikums während des Ausschaltvorgangs tatsächlich im Inneren des flüssigen Dielektrikums erfolgt.

In den einzelnen Figuren sind jeweils nur schematische Ausfüh- d rungen eines Schalters dargestellt, jedoch ist klar, daß die Erfindung auf die verschiedensten Schalter mit Einfach- oder Mehrfachausschaltkammern anwendbar ist.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Man kann daran zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten Anwendung naheliegende Abänderungen vornehmen, ohne daß man dadurch den Bereich der Erfindung verläßt. ^ g

JB/H -17 294/5 Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche:

1. Schalter, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Medium, in welchem die Unterbrechung des Lichtbogens erfolgt, ein verflüssigbares dielektrisches Gas ist, das durch Druckbeaufschlagung bei den üblichen Umgebungstemperaturen zumindest in der Ausschaltkammer (2) des Schalters in flüssigem Zustand gehalten wird, wobei dieses Medium aus denjenigen verflüssigbaren dielektrischen Gasen ausgewählt ist, die sowohl in gasförmigem als auch in flüssigem Zustand zum Löschen von Ausschaltlichtbögen günstigere physikalische, chemische und/oder elektrische Eigenschaften aufweisen, als Luft bzw. öl.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigbare dielektrische Gas unter einem im wesentlichen konstanten Druck gehalten wird.

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Schwefelhexafluorid (SF₆) ist.

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ERNSCHREIBER: 0114037

4. Schalter nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigbare dielektrische Gas unter einem Druck gehalten wird, der nahe oder über seinem kritischen Druck liegt.

5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein perhalogenisierter oder perhalogenierter Kohlenwasserstoff ist.

6. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine abgedichtete Ausschaltkammer (2), in welcher mindestens ein feststehender Kontakt (12) und ein beweglicher Kontakt (6) vorhanden sind, die mit flüssigem dielektrischem Gas gefüllt ist und die auf hydraulischem Wege mit der Flüssigkeitskammer (26) eines hydraulischen Speichers (28) in Verbindung steht, wobei die Flüssigkeitskammer (26) mit einem dielektrischen Gas gefüllt ist, das unter Einwirkung des durch die elastischen Mittel (32 bzw. 33) des Speichers (28) ausgeübten Drucks in flüssigem Zustand gehalten wird.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Speicher (28) geerdet ist und die hydraulische Verbindung zwischen der Ausschaltkammer (2) und dem Speicher (28¹) eine isolierende Leitung (24) ist.

8. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (28) ein mit Kolben (30) versehener Speicher ist und

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die elastischen Mittel aus einer auf den Kolben (30) einwirkenden Feder (33) bestehen.

9. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel zur Druckbeaufschlagung des Speichers (28) aus einem in der zweiten abgedichteten Kammer (32) des Speichers enthaltenen, unter Druck stehenden Gas bestehen, das einen Verflüssigungsdruck aufweist, der bei gleicher Temperatur wesentlich höher ist als der Verflüssigungsdruck des verflüssigbaren dielektrischen Gases.

10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden abgedichteten Kammern (26, 32) des Speichers (28) durch einen frei beweglichen Kolben (30) voneinander getrennt sind.

11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ausschaltkammer (2) des Leistungsschalters enthaltene verflüssigte dielektrische Gas Schwefelhexafluorid (SFg) ist, das unter einem Druck von mehr als 35' kg/cm gehalten wird.

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ausschaltkammer (2) des Schalters enthaltene verflüssigte dielektrische Gas ein im Handel als "Freon" bseichnetes Gas ist, das auf einem Druck von 15 bis

, 2
kg/cm gehalten wird.

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13· Schalter nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet» daß die hydraulische Verbindung (£4*) zwischen der Flüssigkeitskammer (26) des Speichers (28*) und der Ausschaltkammer (2) ein Rückschlagventil (50) enthält» das.den Umlauf der Flüssigkeit aus der Kammer (2) zum Speicher (28*) unterbindet, wobei eine Ablaß- und Umlaufleitung (44) den oberen Teil der Ausschaltkammer (2) mit der Flüssigkeitskammer (26) des Speichers (28») verbindet und sie außerdem mit einem Rückschlagventil (46) versehen ist, das den Umlauf der Flüssig- ' keit von dem Speicher in Richtung auf die Ausschaltkammer (2) unterbindet, so daß als Folge der Umlauf der Flüssigkeit ia geschlossenem Kreislauf nur in einer Richtung (Pfeil 48} stattfinden kann,

14» Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet» daß der Speicher (28¹) ein# Flüssigkeit und Gas enthaltender Speicher ist, bei welchem zwischen der Flüssigkeit und dem Gas keine bewegliche abdichtende Trennwand vorgesehen ist* |

15* Schalter nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet» daß die Ablaß- und Umlaufleitung (44, 24) Verbindungs* bzw· Anschiußaittel (56) enthält» die es ermöglüien, die Ausschaltkaawier (2) nach Bedarf entweder normalerweise mit der Flüssigkeitskammer (26) des Speichers (28) oder» falls die Aussehaltkammer von Fremdgasen, d. Iu von anderen als dem dielektrischen

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Gas, freigemacht werden soll, mit der Außenluft in Verbindung zu setzen.

16. Schalter nach Anspruch6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskammer (26) des Speichers (28) nach Bedarf zum Nachfüllen der Anlage an eine.unter Druck stehende Quelle dielektrischen Gases angeschlossen werden kann.

17· Schalter nach Anspruch 1, bei welchem die Ausschaltkammer (2) auf der Oberseite einer mi^: isolierender Flüssigkeit gefüllten isolierenden Säule (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltkammer (2) und der Innenraum der Säule (4) mit einem unter Druck stehenden verflüssigten Gas, beispielsweise mit flüssigem Schwefelhexafluorid (SF₆) oder mit flüssigem Freon gefüllt sind, wobei die Ausschaltkammer (2) und der Innenraum der Säule (4) miteinander in Verbindung stehen.

18» Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in den die hydraulische Verbindung und die Ablas- und Umlaufleitung (44) umfassenden geschlossenen Kreislauf ein Filter (60) eingeschaltet ist*

19* Schalter nach Anspruch 18» dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung des Umlaufs und zum Filtern des flüssigen Dielektrikums in den geschlossenen Kreislauf eine Umwälzpumpe (64) eingeschaltet ist.

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20. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der das flüssige Dielektrikum enthaltenden Ausschaltkammer (2) eine Kammer (108) vorgesehen ist, die mit einem verdichteten Gas, beispielsweise mit Stickstoff, gefüllt ist, das einen Verflüssigungsdruck aufweist, der bei- gleicher Temperatur erheblich höher ist als der des verflüssigbaren Dielektrikums, wobei das verdichtete Gas ein elastisches Polster bildet, das das in der Ausschaltkammer (2) enthaltene

verflüssigte dielektrische Gas mit Druck beaufschlagt. IP

21. Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Thermometer (112) und ein Manometer (36) zur Anzeige der Temperatur bzw· des Drucks des flüssigen Dielektrikums enthält.

22. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Speicher (28·) mit einem Pegelstandanzeiger (98) versehen ist, der das Überwachen des Pegelstandes des verflüssigten Dielektrikums in dem Speicher (28·) ermöglicht. A

23. Schalter nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaskammer (108) mit einem Pegelstandanzeiger (98) versehen ist, der das Überwachen des Pegelstandes des verflüssigten Dielektrikums in der Kammer (108) oberhalb der Ausschaltkammer (2) ermöglicht.

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24. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Druckbeaufschlagung zumindest in der Ausschaltkammer (2) in flüssigem Zustand gehaltene dielektrische Medium aus einem Gemisch aus dielektrischen Gasen besteht,

25. Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die das flüssige Dielektrikum enthaltende Ausschaltkammer (2) sich nach Bedarf an eine unter Druck stehende Quelle in flüssigem

• oder gasförmigem Zustand befindenden Dielektrikums anschliessen läßt, um ggf. die Anlage auf- bzw. nachzufüllen.

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