DE1765381A1 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh^ λ· s:

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Ml. MAI ISbO

(Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Anmeldung Serial No. 657 122 vom 31.7.1967 beanspruchtf

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen Schaltstift sowie j^ti.^^mj.it.tdem ^al^tilt über eine Totgangverbindung gekoppelten Blaskolben. Sie hat eine Erhöhung der ^9m «dnal't^ist^nl^Wgeäüber Msne^ Bekannten Schaltern dieser Bauart zum Ziel. Dies wird dadurch erreicht, daß Schaltstück und Schaltstift in an sich bekannter Weise hohl ausgebildet sind und die Schaltgase gegen kühlende Metallflächen außerhalb der Schaltstrecke führen.

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ORIGINAL INSPECTED

Sm/Ün

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Beim Schalter nach der Sri indung wirken Schaltstück und. Schaltstift als sogenannte Doppeldüse. Sie ergeben zusammen einen verhältnismäßig großen Auslaßquerschnitt, so daß der .,.. für die Schaltleistung wichtige ^|u^^^j|yh^c^^^_<^Q_;<^_i._r^,_lu sein kann. Dabei sorgt die Abführung der Schaltgase gegen kühlende Metallflächeri äüßerliafb ^er
daß die elektrische ?estigkeil in der

zurückströmendes Löschmittel niicÄ Wefnt^iY^f wird," weif^u dieses LÖ schmi 11 el gekühlt urid( daait ent ionisiert ^fs f Γ Üan ³ braucht somit kein großes AuffangVoIimen für ale ScKaItgase. Deshalb kann man mit einem kleinen Scbaltertoluaen auskommen.

Vorzugsweise wird die dem feststehenden Schaltstück zugeordnete Metallfläche von einem Wandten der Schaltstück und behalt stift enthaltenden Schal tkaeer gebildet, ufer Wandt eil Kahn''als Anschlußklemme lör"das festsxeHende^cliali-·

^. . _";.ϋ:ΐ :'■■>'■ Li-yri φ\: ζ-.··ώ -idb uoi^h >ΛίβΛϊα5 slMsÄ um lidlil stuck dienen. Man kann ihn dann ohne Mehraufwand aus Kupfer

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Die aus den Schaltgaseni aufgenonene länie wird dann ent-

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sprechend schnell an die Luft abgeführt.

•■'!.7 ';·ίί:ί r^r,;^.i: ^r:,.-;^;;--o'i Κ;: 'leb ^iiiJsicissria Besonders günstig ist eine AusfähnlngsfOf« der:Srfindung, jei der die dem Schaltstift üugeoKdnete)Ietallfläche£toii!3^a:: einem Metallgehäuse gebildet wird, das die Antriebseinrich-

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tung für den Schaltstift enthält. Das Metallgehäuse besitzt von Haus aus eine große Fläche, die zur Ableitung von Wärme gut geeignet ist. Es kann ferner die dem Schaltstift zugeordnete Anschlußklemme tragen oder bilden.

Der Schalter kann ähnlich wie flüssigkeitsarme Schalter so ausgebildet werden, daß die Schaltstück und Schaltstift enthaltende Schaltkammer aus einem Isolierstoffrohr besteht, dessen Stirnseiten mit dem Wandteil und dem Metallgehäuse verschlossen sind. Die bei der Erfindung zur Erhöhung der Schaltleistung verwendeten Teile stellen dann keinen zusätzlichen Aufwand dar.

Zur Führung des löschmittels kann man am feststehenden Schaltstück eine quer zur Schaltbewegung verlaufende Platte befestigen, die einen mit dem Blaskolben verbundenen Zylinder führt und Kanäle enthält, durch die das Löschmittel zur Schaltstrecke strömt. In den Kanälen kann eine Kühleinrichtung angeordnet werden, die insbesondere aus hochkant umströmten Metallstäben besteht, z.B. aus einem zu einer Spirale gewickelten Streifen Flachkupfer. Man erhält dann außer einer Vergleichmäßigung der Strömung auch eine Vorkühlung, so daß das Löschmittel eine entsprechend größere Energie aus der Schalt strecke abführen kann.

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An der vorgenannten Platte kann man ferner einen Isolierstoff-Düsenkörper befestigen, der mit seinem verjüngten finde den beweglichen Schalt stift umfaßt. Der JXisenkörper konzentriert die Löschmittelströmung"auf den Lichtbogenraum. Dies ist besonders günstig, wenn der Schalter mit einem elektronegativen Gas, z.B. mit Schwefelhexafluorid, betrieben wird, weil man dann mit geringen Gasmengen auskommen kann.

Zwischen dem beweglichen Schalt- \ind dem Blaskolben kann man eine Totgangverbindung vorsehen, so daß zum Beginn und bnde der Schaltbewegung eine Relativbewegung zwischen Schaltstift und Blaskolben stattfindet. Dabei hat es sich als günstig herausgestellt, wenn man im Bereich der Totgangverbindung eine Feder anordnet, die in der Einschaltstellung den Kontaktdruck ergibt. Die Schaltstucke können dann in einfacher Weise als Stoßkontakte ausgebildet werden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines dreipoligen Schalters mit den wesentlichen Merkmalen der Erfindung.

Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine 4er öreijünterbre-

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chungseinrichtungen nach Fig. 1. Die Schaltstücke sind in der Einschaltstellung gezeichnet.

Fig. 3 ist eine Darstellung ähnlich der der Fig. 2. Die verschiedenen Teile sind in einer Zwischenstellung bei der Ausschaltbewegung gezeichnet.

Fig. 4 ist ein Schnitt im wesentlichen längs der Linie IV-IV der Fig. 2 und

Fig. 5 ist ein Schnitt im wesentlichen längs der Linie V-V der Fig. 2.

In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, bezeichnet 1 als Ganzes einen dreipoligen Leistungsschalter mit drei mit Abstand voneinander angeordneten Polen A, B und C. Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, umfaßt jeder Pol im wesentlichen eine obere Endplatte 2, ein im wesentlichen aufrecht stehendes zylindrisches Gehäuse 3 und als untere Endplatte ein Getriebegehäuse 4. Außerhalb des Getriebegehäuses 4 ist eine Antriebskurbel 5 **n einer Antriebswelle 6 befestigt, und ein im wesentlichen hin- und hergehend beweglicher Isolierstoffstab 7 ist an dem äußeren Hebel 5 bei 8 gelenkig befestigt. Der Hebel ist mit einem Antriebshebel 9 über ein Gelenk 10 gekoppelt. Die drei Antriebshebel 9, von denen nur einer ge zeichnet ist, sind an einer Antriebswelle 11 befestigt, die

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mit einem geeigneten Antrieb 12 verbunden ist. Der Antrieb bildet keinen Teil der Erfindung. Er kann z.3. nach der amerikanischen Patentschrift 3 183 332 ausgebildet sein.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, dient ein geeigneter geerdeter Rahmen 14 mit vertikalen U-Eisen 15 und Stahlstreben 16, 16a, an denen Isolierstoffträger 16b befestigt sind, als Träger der Schaltstellen. Zusätzlich können untere Stützisolatoren 7 benutzt werden, die sich in wesentlichen horizontal von einem U-Eisen 16c erstrecken, das an dem vertikalen U-üisen 15 befestigt ist.

Die Figuren 2 und 3 zeigen deutlicher den Innenaufbau jeder der Schaltstrecken. Unter Bezug auf Fig. 2 ist zu sehen, daß das zylindrische Gehäuse 3 aus einem geeigneten Isolierma terial an einem Ende eine Endplatte 2 aufweist, die eine Anschlußfläche 2a als integralen Bestandteil aufweist. Am gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Gehäuses 3 ist das Getriebegehäuse 4 befestigt, in das sich die Antriebswelle 6 erstreckt. An dieser ist mit einem Paßstift 18 ein im Innern angeordneter Antriebshebel 19 befestigt, der bei 20 mit zwei metallischen Antriebsgliedern 21 verbunden ist. Das obere ünde der Antriebsglieder 21 ist, wie in den Figuren 2, 3 und 5 zu sehen ist, mit eine» Gelenkbolzen 22 versehen. Dieser erstreckt sich durch öffnungen 23 in einem

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stabförraigen Federteller 24, der über Bolzen 25 am Snde 26a eines beweglichen Antriebszylinders 26 befestigt ist. Der Antriebszylinder besitzt eine geschlossene Stirnseite 26b. An dem sternförmigen Federteller 24, der mit dem beweglichen Zylinder 26 bewegbar ist, ist eine Druckfeder 27 angeordnet, die mit ihrem oberen Ende 27a gegen einen im wesentlichen konischen Federsitz 28 drückt, der einen Bestandteil eines länglichen hohlen Schaltstiftes 30 darstellt. Der Schaltstift 30 wirkt bei 31 gleitend mit einem feststehenden Gleitschaltstück zusammen, das mehrere Kontaktkugeln 33 aufweist, die zwischen einen umgebenden Käfig und der Außenfläche 30a des Schaltstiftes 30 geschaltet sind. Die ÜSA-Patent schrift 3 301 986 zeigt die grundsätzliche Konstruktion eines solchen Gleitkontakt Stückes.

Am oberen Snde des beweglichen Schalt st iftes 30 sind mehrere Kontaktfinger 35 vorgesehen. Sie sind durch Schlitze des oberen Endes des Schaltstiftes 30 gebildet. Im Innern des Schaltstiftes 30 ist bei 36 ein metallischer Kontaktdüsenteil 37 vorgesehen, der bei 38 mit dem äußeren beweglichen Schaltstift 30 verschraubt ist. Diese bewegliche Metalldüse 37 besitzt eine lichtbogenfeste Spitze 37a. Sie stößt gegen einen lichtbogenfesten Düsenkörper 40, der an einem feststehenden hohlen Schaltstück 41 befestigt ist und einen feststehenden Kolben 43 trägt.

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Vorzugsweise ist das Gas in der Schaltstrecke 3 Schwefelhexafluorid unter einem Druck von beispielsweise 1,8 Atmosphären. Um einer korrodierenden Wirkung von zersetztem SFg-Gas zu begegnen, kann das Gehäuse 3 aus-einer inneren lichtbogenfesten Auskleidung und einem äußeren Spoxydkörper zusammengesetzt sein.

Im einzelnen umfaßt der feststehende Kolben 43 einen tassenförmigen Teil 43a mit öffnungen 43b und einer Kühleinrichtung 45. Biese besitzt einen spiralig verlaufenden Metallstreifen 46, z.B. einen Kupferstreifen, der das Gas kühlt, bevor es in den Lichtbogenraum 48 eingespritzt wird. Mit anderen Worten ergibt die nach unten gerichtete Bewegung der Stirnseitenplatte 26b des Zylinders 26 eine Verdichtung des Gases im Baum 50 und führt zu einer Strömung durch die Öffnungen 43b, die im feststehenden Kolben 43 vorgesehen sind. Das Gas gelangt in den Lichtbogenraum 48. Anschließend erfolgt die Kontakt trennung. Wegen einer Totgangverbindung 52 zwischen dem Zylinder 26 und dem beweglichen Teil 54, die durch den Gelenkbolzen 22 zustandekommt, der sich in einem Schlitz 55 in der Seitenwand des beweglichen Schaltstiftes 30 bewegen kann, entsteht ein vorgegebener Druckaufbau im Raum 50, bevor die Totgangverbindung wirksam wird und die ganze Anordnung 51 mit dem beweglichen

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Zylinder 26 und dem beweglichen 'Teil 54 in Gang gesetzt wird. Wenn dies geschieht, wird das Druckgas im Bereich 50 durch den Kühler 45 und in den Lichtbogenraum 48 (Fig. 3) gedrückt. Dort strömt es in entgegengesetzten Richtungen durch das feststehende hohle Schaltstück 41 und durch das bewegliche hohle Schaltstück 30 ab, wie in Fig. 3 der Zeichnung deutlich zu sehen ist.

Das feststehende Schaltstück 41 ist an eine Klemmplatte 56 angeschraubt, die mit Bolzen 58 an der Anschlußpiatte 2 befestigt ist. Die Bolzen 58 führen durch Abstandsrohre 59 und greifen mit ihren Gewinden in Sacklöcher 61 in der genannten Endplatte. Zusätzlich ist ein Umlenkknopf 63 vorgesehen. Er ist in die Endplatte 2 eingeschraubt und dient dazu, abströmende Gase umzulenken, wie durch die Pfeile 65 in Fig. 3 angedeutet ist.

Die abströmenden Gase, die durch das bewegliche Schaltstück 30 gelangen, treten an der Stirnseite 30a aus. Sie gelangen in das Antriebsgehäuse 4 und werden dort gekühlt.

üis ist zu sehen, daß die Druckfeder 27 nicht nur die gewünschte Totgangverbindung 52 zwischen dem Zylinder 26 und dem beweglichen Schaltstück 54 liefert, sondern zusätzlich den gewünschten Kontaktdruck in der Einschaltstellung des Schalters ergibt, wie in Fig. 2 der Zeichnung zu sehen

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Unter Bezug auf die Figuren 2 und 3 der Zeichnung ist festzuhalten, daß das feststehende Schaltstück 40 an der Einströmseite einer elektrisch isolierenden Düse oder Strömungsführung 67 vorgesehen ist. Diese ist an dem feststehenden Kolben 43 angebracht. Eine mit Bohrungen -»ersehene Klemmplatte 66 ist dazwischengeschoben, die die zum Kühlen

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dienende Spirs-eines Kupferstreifens 46 mit trägt.

Der feststehende Kolben 43 wird zusätzlich von feststehenden Tragstangen 69 gestützt. Diese erstrecken sich durch die Klemmplatte % und sind an der Endplatte 2 befestigt.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß eine Drehbewegung der Antriebswelle gegen den Uhrzeigersinn, die von dem Antrieb 12 (Fig. 1) bewirkt wird, dazu führt, daß zwei Verbindungsglieder 21 den beweglichen Zylinder über den feststehenden Kolben 43 drücken. Diese Wirkung hält an, während das Schaltstück 54 in Berührung mit dem feststehenden Schaltstück 40 bleibt, bis der Gelenkbolzen 22 das untere Ende des Schlitzes 55 erreicht, der in gegenüberliegenden Seitenwänden des beweglichen Schaltstiftes vorgesehen ist. Wenn dies geschieht, verursacht der Bolzen 22, der von den Verbindungsgliedern 21 angetrieben wird, eine nach unten gerichtete Folgebewegung von sowohl dem Ijweglichen Zylinder 26 als auch dem beweglichen Schalt-

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stück 54. Bia dahin hat jedoch das Gas einen beträchtlichen Druck in dem Baum 50 erreicht. Bei der folgenden Kontakttrennung von beweglichen und feststehenden Kontakten 40, strömt das Gas durch die Kühleinrichtung 45 in den Lichtbogenraum 46 (Fig. 3). Ss bewirkt eine Lichtbogenverlängerung 60 innerhalb der sich trennenden beweglichen und feststehenden Öisenteile 37 und 40 zur schnellen Lichtbogenlöschung. Bas Gas strömt in entgegengesetzten Richtungen durch das feststehende Schaltstück 41 und das bewegliche Schaltstück 30. Nach der Lichtbogenlöschung bewegen sich das Schaltstück 54 und der Zylinder 26 in die Endlage der Ausschalt stellung, ?/ie in gestrichelten Linien 70 in Fig. dargestellt ist.

Beim einschalten veranlaßt der Antrieb 12 eine im Uhrzeigersinn verlaufende Schließbewegung der Antriebswelle 6. Diese führt über die Hebel 21 zu einer nach oben gerichteten Bewegung von sowohl dem beweglichen Schaltstück 44 als auch dem beweglichen Zylinder 26. Die Wirkung hält an, bis das bewegliche und das feststehende Schaltstück 37a, 40 gegeneinanderstoßen, wie in Fig. 2 zu sehen ist. Danach führt die weiterhin nach oben gerichtete Bewegung des Zylinders 26 zu einem gewünschten Zusammendrücken der Feder 27· Dadurch ergibt sich ein geeigneter Kontaktdruck in der Einschaltstellung, die in Fig. 2 dargestellt ist.

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lie zu sehen ist, sind sowohl das feststehende als auch das bewegliche Schaltstück des Schalters 1 hohl. Ferner ist in der Einschaltstellung das Volumen 50 im Zylinder 26 von dem Hest des Inneren 71 des Leistungsschalters abgeschlossen, weil das feststehende und das bewegliche Schaltstück 37a, 40 unter der Wirkung der Feder 27 gegeneinanderstoßen. Durch die Totgangverbindung 52 und die Feder 27 wird erreicht, daß die Schaltstückbewegung hinter der Bewegung des Zylinders 26 beim Beginn der Ausschaltbewegung verzögert erfolgt, so daß eine höhere Druckdifferenz bei der Xontakttrennung erreicht werden kann. Die Druckdifferenz ist durch die Vlahl der Länge des Schlitzes 55 und durch die Tatsache bestimmt, daß keine offenen Durchlässe vorhanden sind, bevor sich die Schaltstücke trennen. Zusätzlich ist festzuhalten, daß keine Lichtbogenwirkung 60 beim Beginn der Gaskompression auftritt, wenn die Lichtbogenlöschung noch nicht möglich wäre, weil der zur Verfugung stehende Druck gering ist. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit der Kontakt trennung größer sein, da eine stoßartige Energieübertragung erfolgt, wenn der Bolzen 22 das untere Ende des Schlitzes 55 erreicht. Darüber hinaus ist die Energie, die in der Druckfeder 27 gespeichert ist, zur Beschleunigung des beweglichen Schaltstückes 54 in Ausschaltrichtung ausgenutzt.

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Wenn alle beweglichen Teile die Ausschalt stellung 70 erreicht haben und die Hebelbewegung durch den Antrieb 12 gestoppt ist (Fig. 1), wirkt die Masse des beweglichen Schalt Stückes 54 auf die mechanischen Antriebsglieder über die Druckfeder 27. Dies verringert die Kräfte, die zum Abbremsen der beweglichen Teile erforderlich sind.

Aus der vorstehenden Beschreibung der Erfindung wird ersichtlich, daß ein Leistungsschalter 1 mit einem verzögert wirkenden Schaltstück geschaffen wurde, indem das Gas nicht in der Lage ist, aus dem Zylinder 26 abzuströmen, bevor der Druck darin den gewünschten Äert für eine wirksame Lichtbogenlöschung erreicht hat. Dies ergibt eine maximale Ausnutzung des zur Verfugung stehenden Gases und erleichtert die Unterbrechung des Stromes, weil der Unterbrechungsbereich noch nicht durch Ionisation verschlechtert wurde, die durch einen Lichtbogen hervorgebracht wird, bevor die Druckdifferenz zur Unterbrechung ausreicht.

5 Figuren
12 Ansprüche

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Claims (12)

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1. Leistungsschalter mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen Schalt stift sowie mit einem mit dem Schalt stift über eine Totgangverbindung gekoppelten Blaskolben,, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltstück (41) und Schaltstift (30) in an sich bekannter Weise hohl ausgebil det sind und die Schaltgase gegen kühlende Metallflächen (2, 4) außerhalb der Schalt strecke (48) führen.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem feststehenden Schaltstück (41) zugeordnete Metallfläche (2) von einem Wandteil der Schaltstück und Schaltstift enthaltenden Schaltkammer (3) gebildet wird.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandteil (2) als Anschlußklemme (2a) für das feststehende Schaltstück (41) dient.

4. Leistungsschalter nach Anspruch I₁ 2 oder 3. dadurch gekennzeichnet, daß die dem Schaltstift (30) zugeordnete Metallfläche von einem Metallgehäuse (4) gebildet wird, das die Antriebseinrichtung für den Schaltstift enthält.

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5. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Metallgehäuse (4) die dem Schaltstift zugeordnete Anschlußklemme (4a) vorgesehen ist.

6. Leistungsschalter nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstück (41) und Schaltstift (30) enthaltende Schaltkammer aus einem Isolierstoffrohr (3) besteht, dessen Stirnseiten mit dem Wandteil (2) und dein Metallgehäuse (4) verschlossen sind.

7. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß am feststehenden Schaltstück (41) eine quer zur Schaltbewegung verlaufende Platte (43) befestigt ist, die einen mit dem Blaskolben (26b) verbundenen Zylinder (26) führt und Kanäle (43b) enthält, durch die das Löschmittel zur Schaltstrecke (48) strömt.

8. Leistungsschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Kanälen (43b) eine Kühleinrichtung (45) zugeordnet

9. Leistungsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (45) aus hochkant umströmten Metallstäben (46) besteht.

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10. Leistungsschalter nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen zu einer Spirale gewickelten Streifen Flachkupfer (46).

11- Leistungsschalter nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Platte (A3) ein Isolierstoffäüsenkörper (67) befestigt ist, der mit seinem verjüngten Ende den beweglichen Schalt stift (30) umfaßt.

12. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem beweglichen Schaltstift (30) und dem Blaskolben (26a) eine Feder (27) im Bereich der Totgangverbindung vorgesehen ist, die in der iiinschaltstellung den Kontaktdruck ergibt.

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