DE1815721A1 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

Wesiinghouse . Erlangen, 13d 2.1968

Electric Corporation Werner-von-Siemens-Str.

Pittsburgh

Unser Zeichen: PLA 68/8019 Sm/Un

(Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Patentanmeldung Serial No. 701 771 vom 30.1.1968 beansprucht)

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit einem mindestenD teilweise aus Isolierstoff bestehenden Gehäuse, das ein feststehendes Schaltstück, einen beweglichen Schaltstift, ein Löschmittel und einen Kolben enthält, der das Löschmittel, insbesondere Schwefelhexafluorid, gegen den Ausschaltlichtbogen bewegt. Bei einem solchen als Blasschalter bezeichneten Leistungsschalter wird die gesamte Energie zur Erzeugung der Löschüiittelströmung von einem äußeren Antrieb aufgebracht. Lvisl'.alb hat man versucht, den /intrieb des Blaskolbens durch Magnet spulen, zu unterstützen, die vom abzuschaltenden Strom durchflossen werden. Hierbei ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, weil die Festlegung der Spulen und ihre Einschaltung in den Stromkreis einen erheblichen konstruktiven Aufwand erfordern.

Die -jirfinduDg behebt die vorgenannten Schwierigkeiten dadurch, üa£ erfindungsgemäß- der Isolierstoff aus Gießharz besteht und uaß in das Gießharz eine Spule eingelassen ist, die in bekannter Weise magnetisch auf den Kolben einwirkt.

•Vorzugsweise sind in das Gießharz zwei Spulen eingelassen, die durch einen durch das Gießharz verlaufenden Leiter verbunden sind und mit einer dritten Spule-zusammenwirken, die am Kolben

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vorgesehen ist. Hierbei wird das Gießharz nicht nur zur Festlegung und Isolierung der Spulen selbst, sondern auch der Anscv.lußleitungen benutzt. Die zwei in das Gießharz eingelassenen Spulen ergeben gegenüber Schaltern mit nur einer Spule eine bedeutende Verbesserung der Kraftverteilung über den Hub des Kolbens. Die Spulen sind zweckmäßig mit Hilfe eines Gleitkontaktes in iieih.e in den Stromkreis einschaltbar. Der Gleitkontakt kann mit Kugeln ausgeführt werden, um einen guten Stroraübergang bei geringen Reibungskräften zu erhalten.

Der Schaltstift kann zwei räumlich parallele Teile aufweisen, von uenen der eine mit der Spule verbunden ist. Nähere Einzelheiten dieser Ausbildung werden später an Hand eines Ausfübrun^sbeispieles beschrieben.

is ist ferner günstig, wenn im Kolben eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, die innerhalb der dem Kolben zugeordneten Spule liegt. Die Kühleinrichtung kann die mit dem Kolben hervorge- .. rufene Verdichtungswärme des Löschmittels verringern und dadurch die Löschwirkung vergrößern.

».lit besonderem Vorteil kann die Srfindung so verwirklicht werden, daß der die Spulen enthaltende Gießharzkörper ein Hohl- ■ cylinder ist, der an beiden Stirnseiten mit zum Stromanschluß uienendeu Li-itallteilen abgeschlossen ist, und daß das vom Kolben in Bewegung gesetzte Löschmittel nach dem Passieren des Lichtbogens durch Schaltstück und Schaltstift, die beide hohl ausgebildet sind, gegen die Metallteile geführt wird. In ■ uiesem /all stellt die Erfindung eine Verbesserung des im deutschen Patent 1 765 381 (Patentanmeldung P 17 65 381.5 = PLA 66/0CO6) beschriebenen Schalters dar, die die große Schaltleistung durch eine Verringerung der dafür notwendigen äußeren Antriebskräfte besonders vorteilhaft auszunutzen gestattet.

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fteitere :iinzelheilen der Erfindung ergeben sich aus der folgender; Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen.

Fig-.. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Blasschalters nach der Erfindung.

/ig. 2 ist ein Längsschnitt durch die Unterbrechereinrichtung der Fig. 1, der im wesentlichen nach der Linie II-II der Fig. verläuft. Die Schaltstücke sind in der Einschalt stellung gea e iehiiet.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch die Unterbrechereinrichtung der Fig. 2 nach der Linie III-III der Fig. 2. Wiederum sind die Schaltstücke in der Einschaltstellung dargestellt.

Fig. A ist eine ..arstellung ähnlich der der Fig. 2. Die einzelnen Teile sind jedoch bei der Ausschaltbewegung gezeichnet, wenn die Lichtbogenbildung stattfindet.

Fig. 5 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie V-V der Fig. 2. Fig. 6 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie VI-VI der Fig.

Fig. 7 zeigt in perspektivischer Darstellung die allgemeine Anordnung der zv/ei feststehenden Spulen und die zugehörigen Spulenanschlüsse.

Und Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der elektrischen Verbindung des Leistungsschalters.

In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, ist mit 1 als Ganzes ein Leistungsschalter mit einer Blaseinrichtung und magne-

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tischer Betätigung bezeichnet. Der Leistungsschalter besitzt Anschlußklemmen 2 und 3, an denen die Anschlußleitungen Lj, Lo angebracht sind. Kr umfaßt ferner ein zusammengesetztes Isolierstoffgehäuse 4.

Die Schalteinrichtung wird von Stützisolatoren 5, 6 in einer angemessenen, durch die Spannung bestimmten Entfernung von einem geerdeten Rahmen 7 gehalten, der l'inkeleisen 6, 9, 10 und Vertikalstreben 12, 13 umfaßt, iüin Antrieb 14 dient zur ™ Drehbewegung eines äußeren Antriebshebels 15 beim Aus- und Einschalten, wie später näher beschrieben wird.

Aug den Figuren 2 und 3 ist zu sehen, daß die Unterbrechereinrichtung in einem Isolierstoffzylinder 4 angeordnet ist. Die feststehenden Magnetspulen 17, 18 sind aus flachkant gewickelten Kupierstreifen hergestellt, an denen Anschlußklötze angelötet oder anderweitig befestigt sind. Die Spulen 17, 18 sind nach den Wickeln und dem Anbringen der Anschlußklötze windungsweise isoliert, beispielsweise mit Glimmerband ν rsehen. Danaci. wird die ganze Spule 17 oder 18 als Einheit gepreßt und be- £ wickelt, z.B. mit Polyesterband. Anschließend wird die Spule mit Epoxydharz imprägniert. Die Spulen 17, 18 werden dann über das xiohr 4b geschoben und mit nicht dargestellten Abstützungen aus dem gleichen Material wie das Außenrohr 4a festgelegt. Dann werden die Anschlußblöcke der Spulen mit Anschlußbändern verschraubt, die sich in das Innere des Antriebszylinders 4 durch Schlitze 23 erstrecken, die in der Wandung 4a vorgesehen sind. Dicht sitzende, geschmierte Kerne, die nicht dargestellt sind, werden dann in das Innere des itohres 4a von beiden Seiten hineingeschoben, so daß sie sich im Bereich der Anschlußbänder treffen. Um das Ganze wird eine geteilte Form gelegt, so daß das Gehäuse 4a in konventioneller Gießtechnik mit Epoxydharz hergestellt werden kann.

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Mit Schrauben 24, die in Metallbuchsen 25 eingreifen, sind Anschluß- oder Endteile 26, 27 an beiden Enden des Gehäuse 4 angebracht. Diese Anschlußteile erstrecken sich geringfügig in das zylindrische Gehäuse. Sie sind mit Eundschnurringen 28 abgedichtet. An der Anschlußklemme 26 ist mit abgedichteten Schrauben 29 ein U-förmiger, feststehender Leiter 31 befestigt. ;.m offenen Ende des U-förmigen Leiters 31 sind Preßteile 33 aus Kupfer angelötet, die als Gelenke für schleifenförmige Finger 34 dienen. Die Finger 34 werden von Federn 35 (Fig. 3) nach innen gedrückt und durch Klammern 36 gehalten. An den Preßteilen 33 ist eine Scheibe 39 aus SFr-festem Isoliermaterial mit Schrauben 37 (Fig. 3) befestigt, die dicht· in den Innenraum des zylindrischen Rohres 4 paßt und mit einem Hund schnurring 40 abgedichtet ist. Im Zylinder ist eine Kolbenanordnung 43 in Längsrichtung beweglich, die von Isolierstoffgliedern 44 betätigt wird. Die Isolierstoffglieder sind mit Bolzen 45 an Hebeln 46 angebracht, die ein Teil der Kolbenanordnung 43 sind. Die gegenüberliegenden Enden der Isolierstoffglieder 44 sind mit Bolzen 47 am Hebel 48 befestigt, der mit der Welle 49 über Bolzen 50 verbunden ist. Die Antriebswelle 49 erstreckt sich durch das Gehäuse 4. Am äußeren Ende ist der Antriebshebel 15 angeschweißt. Gasverluste werden durch eine Dichtung 52 vermieden.

Die Kolbenanordnung 43 ist auf einer gegossenen oder gepreßten Scheibe 54 aus Isoliermaterial aufgebaut, die dicht sitzend dem Innenraum des Hohres 4 angepaßt ist. Gasverluste v/erden hier durch den Kolbenring 55 kleingehalten. In den Kolben sind Führungsstangen 56, 57 eingeschraubt, die in ihrer Lage durch Kontermuttern 56 gehalten v/erden« Die Kolbenspule 60 besitzt Anschlüsse 6l, 62, die in Kontakt mit den Führungsstangen 56, 57 durch metallische Abstandsstücke 63 und Muttern 64 gehalten werden. Das rohrförmige Hauptkontakt stück 66 ist mit einem metallischen Sternteil 67 verlötet, das am Kolben 43 mit Schrauben

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68 angebracht ist. In einer Ausnehmung 69, die im Kolben 54 vorgesehen ist, ist ein Stapel Kühlungsschirme 70 auf dem Sternteil 67 befestigt. Ein Halteglied 7I mit geeigneten Öffnungen 71a drückt den Stapel der Schirme 70 zusammen. Bas Halteglied 71 wird seinerseits von'einem Führungsrohr 72 aus Isolierst oil festgehalten. Die ganze Anordnung ist mit Hilfe eines Isolierstoffdeckeis 74 befestigt, der durch Schrauben 65 und Klemmbolzen 77 gehalten wird. Las bewegliche Haupt schalt stück 66a verläuft durch eine Öffnung 78 (Fig. 2) der Endplatte 39.

™ Eine Gasströmung durch die Öffnung wird durch einen Dichtungsring 81 behindert. In das bewegliche Haupt schaltstück 66a ist ein Kontaktstück 83 eingeschraubt, das in der einen Richtung verlängert ist, so daß es mit feststehenden Fingerschältstücken 34 in Berührung steht, wenn der Schalter 1 die Einschalt stellung einnimmt wie in den Figuren 2 und 3. Konzentrisch in bezug auf Jas bewegliche Hauptschaltstück 66 ist das Abbrandrohr 85 gelegen, das an seinem unteren Ende von einem Isolierstück 87 und an seinen oberen linde von einem Isolierbügel 88 gehalten wird, der mit dem Schaltstück 83 durch nicht dargestellte.Schrauben verbunden ist. ^er Isolierbügel 88 ist ferner an den Führungs-

~ stangen 56, 57 mit Kontermuttern angebracht. Das bewegliche Abbrandrohr 85a ist an der Führungsstange 56 mit einem Leiter 92 befestigt. Die Führungsstange 57 verläuft durch einen mit Kußein versehenen Gleitkontakt 94 (Fig. 2). Dieser ist elektrxsch mit der Anschlußklemme der feststehenden Spule 17 verbunden (Fig. 2). Aus Fig. 5 geht hervor, daß der Anschlußstreifen 96 der Spule 17 bei 97 mit einem Vorsprung eines der Preßteile 33 verschraubt ist.

Die Figuren 2 und 3 zeigen, daß das feststehende Schaltstück ait einen feststehenden, elektrisch leitenden Gußteil 101 verbunden ist, der seinerseits an der Anschlußklemme 4 mit Schrauben 102 befestigt ist. ^r äußere Stromkreis durch den Schalter

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verläuft von den Leitungsanschlüssen L-j, 1*2 zu den Anschlußklemmen 2 und 3... Der Schalter als Ganzes wird, wie beschrieben, von dem geerdeten .Rahmen 7 gehalten (Fig. 1).

Wenn der Schalter wie in den Figuren 1 und 2 eingeschaltet ist, verläuft der Stromkreis vom Leitungsanschluß L^ zur Anschlußklemme Lo über die Endplatte 26 und das feststehende Schaltstück 34 zum beweglichen Schaltstück 83. Das bewegliche Haupt-'kontaklrobr. führt dann den Strom zum beweglichen Schaltstück 66, zum feststehenden Schaltstück 100 über das feststehende Hauptkoniaktrobr 10Oa durch das leitende Gehäuse 101 und das Gehäuse 27 zur Anschlußklemme 3, wo der untere Leitungsanschluß 1*2 "vorgesehen ist. Wenn der Antrieb 14 den Kolben 43 nach unten bewegt,, wie in Fig. 2 und 3 zu sehen ist, werden Lichtbögen 111, 113 zwischen den Schalt stücken 34, 83 gezogen sowie zwischen den Schalt stücken 66, 100* Gleichzeitig wird Schwefelhexafluorid 115 vom Kolben 43 im Haura 117 komprimiert. Das Gas strömt nach unten über den Lichtbogen 113? der zwischen dem beweglichen und den feststehenden Hauptschalt stücken 66, 100 gezogen wird. Dadurch wird der Lichtbogen 113 auf den beweglichen Abbrandkontakt 85 und den feststehenden Äbbrandkontakt 100 b kommutiert. Die neue Lichtbogenstellung 113a ist in Fig. 4 gezeichnet. Nunmehr verläuft der Strompfad vom Leitungsanschluß L-i über das Endgehäuse 26, das festetehende Schaltstück 33, den ilnEclilußleiter 96, die feststehende Spule 18 (Fig. 7), die Spulenverbindung 119, die feststehende Spule 17, die Spulenverbindung 95, den Kugelkontakt 94, die leitende Führungsstange 57, die Spulenverbindung 62, die bewegliche Spule 60, die Spulenverbindung 61, die leitende Führungs stange 56, den iinschlußleiter 92, das bewegliche Abbrandrohr 85a, das Abbrandschaltstück 85 > den Lichtbogen 113 (Fig. 4)» das Innere des feststehenden BÜsenkontaktes 100b» das leitende Gehäuse 101 zur Platte 27 und den unteren Leitungsanschluß Ln.

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üs ist festzuhalten, daß der Kurzschlußstrom nunmehr durch alle drei Spulen 18, 17 und 60 in Reihenschaltung fließt. Die Spule 60 wird von der Spule 18 abgestoßen und gleichzeitig von der Spule 17 angezogen. Dies gibt für den Antrieb 14 eine wirksame Unterstützung bei der Bewegung des Kolbens 43 nach oben in Arbeitsrichtung, so daß das Gas über den kommutierten Lichtbogen 11.3a (Fig. 4) getrieben wird. Der Lichtbogen wird bis zur Löschung beblasen. Die Gase strömen durch die beiden hohlen Schaltstücke aus.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß ein Leistungsschalter 1 mit kompakter Bauweise und sehr wirkungsvoller Lichtbogenlöschung geschaffen wurden, der nur geringe !,lassen an beweglichen Teilen aufweist. Obwohl die vorgeschlagene Konstruktion besonders für Mittel spannungen von z.B. 23 kV bis 34,5 kV geeignet ist, ist es klar, daß die Grundzüge der Erfindung auch für höhere Spannungen verwendet werden können. £in se;.r wesentliches Merkmal der Erfindung ist dabei die Nutzung der energie von Kurzschlußströmen zur Unterstützung des Antriebes 14 bei der Bewegung des Kolbens 43 in Pumprichtung. ..vies sichert eine angemessene Gasströmung auch bei kräftigen Lichtbogen durch die stromabhängig steigende magnetische Wirkung der drei Spulen.

Die Fig. 8 zeigt schematisch die Anordnung der beweglichen Schaltstücke und der Spulen des Leistungsschalters.

Beim Einschalten bewegt der Antrieb 14 das Schaltstück 66 und den Kolben 43 nach unten, so daß der Schalter wieder in die in de!. Figuren 2 und 3 dargestellte Einschaltstellung gelangt.

ο Figuren
6 Ansprüche

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Claims (6)

PLA 68/8019 Patentansprüche

1. Leistungsschalter mit einem mindestens teilweise aus Isolierstoff bestehenden Gehäuse, das ein feststehendes Schaltstück, einen beweglichen Schaltstift, ein Löschmittel und einem Kolben enthält,-der das Löschmittel, insbesondere Schwefelhexafluorid, gegen den Ausschaltlichtbogen bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus Gießharz (A) besteht und daß in das Gießharz eine Spule (17, 18) eingelassen ist, die in bekannter eise magnetisch auf den Kolben (43) einwirkt.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Gießharz (4) zwei Spulen (17, 18) eingelassen sind, die durch einen durch das Gießharz verlaufenden Leiter (119) verbunden sind und mit einer dritten Spule (60) zusammenwirken, die am Kolben (43) vorgesehen ist.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Spulen (17, 18, 60) mit Hilfe eines Gleitkontaktes (94) in Seihe in den Stromkreis einschaltbar sind.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltstift zwei räumlich parallele Teile (66,'85) aufweist, von denen der eine (85) mit der Spule (60) verbunden ist.'

5. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben.(43) eine Kühleinrichtung (70) vorgesehen ist, die innerhalb der dem Kolben (43) zugeordneten Spule (60) liegt. _ .

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6. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Spulen (17, 18) enthaltende Gießharskörper ein Hohlzylinder· (4) ist, der an beiden Stirnseiten mit zun StromanscMuß dienenden Metallteilen (26, 27) abgeschlossen ist, und daß das vom Kolben (43) in Bewegung gesetzte Löschmittel nach dem Passieren des Lichtbogens durch Schaltstück (1CO) und Schaltstift (66), die beide hohl ausgebildet' sind, gegen die Metallteile (26, 27) geführt wird.

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