DE1815723A1 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

iestinghoug-e Erlangen, 13 = 12» 1968

Electric Corporation . Werner-von-Siemens-Str, Pittsburgh

•Unser Zeichen: PLA 68/8021 Sm/fJn

Leistungsschalter

Für diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden USA-Patentanmeldung Serial No. 696 415 vom 8..1.1968 beansprucht.

Die Erfindung "betrifft einen Leistungsschalter mit einem feststehenden Schaltstück und einem beweglichen Schaltstift sowie mit einem mit dem beweglichen Schalt stift gekoppelten Blaskolben. Im Patent 1 765 381 (Anmeldung 17 65 381.5 = PLA 68/8006) wird 'für einen solchen Schalter -vorgeschlagen, daß Schaltstück und Schaltstift in an sich bekannter eise hohl ausgebildet sind und die Schaltgase gegen kühlende Metallischen außerhalb der Schaltstrecke führen. Dies ergibt eine Erhöhung der Schaltleistung-, weil Schaltstück und Schaltstift als Doppeldüse wirken und einen 'verhältnismäßig großen Querschnitt für die LÖschrfiittelströfflungzur Verfügung ,stellen/Durch die kühlenden 'Metallflächen außerhalb der Schalt strecke ist zugleich sichergestellt, daß auch bei großen LöschiBlttelmengen die elektrische Festigkeit in der Schaltstrecke nicht durch zurückströmende Schaltgase beeinträchtigt werden kann. Man braucht deshalb kein großes Auffangvolumen für die Schaltgase und kommt mit einem kleinen Schaltergehäuse aus.

Die Erfindung bezweckt eine weitere Steigerung der Schaltleistung. Als Verbesserung des Schalters nach dem vorgenannten Hauptpatent ist deshalb vorgesehen, daß dem Schaltstück ein

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Isolierstoffrohr zugeordnet ist, das den Schaltstift in der Einschalt stellung umschließt und über die Mindestlöschdistanz des Schalters reicht.

Durch die Erfindung wird eine vorzeitige Beaufschlagung des Lichtbogens durch das Löschmittel -vermieden. Dies bedeutet, daß der Gasverbrauch herabgesetzt wird. Bei gleichem Gasvolumen kann andererseits die Schaltleistung erhöht werden. Dies ist besonders wichtig für Blasschalter, die mit einem verhältnismäßig geringen Löschmittelvolumen auskommen müssen. Außerdem kann man mit dem Isolierstoffrohr nach der Erfindung eine Vorkompression erhalten, ohne daß eine !Relativbewegung zwischen dem Schaltstift und dem mit diesem gekoppelten Blaskolben erforderlich ist. Durch das den Schaltstift umschließende Isolierst off rohr wird das vom Elaskolben unter Druck gesetzte Löschmittel zurückgehalten, bis der Schaltstift mit Erreichen der Mindestlöschdistanz-aus dem Isolierstoffrohr heraustritt. Ferner sorgt das Isolierstoffrohr noch für eine Abschirmung des Lichtbogens, so daß das an der Schaltstrecke anstehende Gas nicht durch den Lichtbogen aufgeheist werden kann. Diese vorteilhafte Wirkung kann auch bei anderen Schaltern als solchen nach dem H-auptpatent mit Vorteil zur Steigerung d.er Schaltleistung benutzt werden.

Die Mindestlöschdistanz richtet sich in erster Linie nach der Höhe der Spannung, die der Schalter zu bewältigen hiat. Unter Umständen hängt sie auch von der Höhe des Abschaltstromes ab. üblicherweise wird man für Mittelspannungsschalter mit einer Mindestlöschdistanz von 1,3 bis 2,5 cm rennen-können. In der gleichen Größe liegt dann auch die-Länge, über die das Isolierstoffrohr den Schaltstift bei seiner Ausschaltbewegung umschließt. ■■"'.'■

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■Bas Isolierstoffrohr ist zweckmäßig am Schaltstück oder seinem Träger befestigt. Vorzugsweise'verwendet man eine solche Befe-.stigung, daß eine vom Lichtbogen nicht unmittelbar beanspruchbare Isolierstoffstrecke gebildet wird. Diese Strecke kann z.B. aus einer verhältnismäßig tiefen, möglichst in fiichtung der Schaltbewegung verlaufenden Ringnut bestehen. Sie ergibt eine Erhöhung der elektrischen Festigkeit längs des Isolierstoffrohres. Im gleichen Sinne können Vertiefungen wirken» die das Isolierstoffrohr längs der Schalt strecke auf der dem Schalt stift zugekehrten Seite aufweist=

Das Isolierstoffrohr nach der Erfindung kann man auch zur.Verbesserung der Strömungsverhältnisse heranziehen. Zu diesem Zweck begrenzt das Isolierstoffrohr mit Vorteil einen mindestens teilweise quer aur Bewegungsrichtung des Schaltstiftes verlaufenden Kanal für das vom Schalt stift geforderte Löschmittel. Das ■Löschmittel erhält dann eine radiale Komponente in bezug auf die Lichtbogenachse, so daß es tief in den Lichtbogen eindringt. Man kann auch eine weitere Begrenzung vorsehen, die von einem Isolierstoffkörper gebildet wird, der den Schalt stift auf der dem Schaltstück abgekehrten Seite des Isolierstoffrohres umgibt und eine Führung für den Blaskolben bildet. Mit Hilfe der beiden Begrenzungen kann der Querschnitt des Kanals für das zum Schalt stift· geförderten Löschmittel verengt werden, so daß eine vorteilhaft hohe Strömungsgeschwindigkeit schon bei kleinem Losehmittelvoluoien auftritt.

Zur näheren Erläuterung*der Erfindung wird im folgenden ein ÄusführungsbeispleL an Hand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt ""**■■■--■--=.._

?ig. 1 eine perspektivische Darstellung eine ^-dreipoligen Leistungsschalter nach der Erfindung,

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Fig. 2 einen beträchtlich vergrößerten Längsschnitt durch einen der Pole der Fig. 1. Die Schaltstücke nehmen die Einschaltstellung ein.

Fig. 3 und 4 zeigen zusaininen die Trennung -von Schaltstück und Schalt stift auf unterschiedliche Entfernungen.

Fig. 5 geigt die·Ausschaltendlage des beweglichen Schaltstiftes,

und ■ '

Fig. 6 ist ein Schnitt längs der Linie VI-V! der Fig. 2.

In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, ist mit 1 als Ganzes ein dreipoliger MittelspannungsrLeistungsschalter mit drei mit Abstand angeordneten Polsäulen A, B und C gezeigt. Aus der .Figur 1 geht hervor, daß jede Polsäule eine obere Endplatte 2, ein senkrecht stehendes zylindrisches Gehäuse 3 und eine untere Endplatte mit einem Antriebsgehäuse 4 umfaßt·. Außerhalb des Antriebsgehäuses 4 ist eine Antriebskurbel 5 an einer Antriebswelle β befestigt, und ein horizontal verlaufendes, hin und her bewegliches Isolierstoffglied 7, das bei 8 an der Antriebskurbel 5 angebracht ist, verbindet diese mit einem Antriebshebel 9 Über ein Gelenk 10. Die drei Antriebshebel 9, von denen nur einer zu sehen ist, sind an einer Antriebswelle 11 befestigt. Diese steht mit einem Antrieb 12 in Verbindung, der keinen Teil der Erfindung ausmacht. Der Antrieb kann beispielsweise die in der USA-Patentschrift 3 183 332 beschriebene Bauart aufweisen.

Aus Fig. 1 ergibt sich ferner, daß ein geeigneter Hahmen 14 mit vertikalen U-Eisen 15 und Streben 16, 16a versehen ist, der horizontal verlaufende Stützen 16b aufweist, die die Schaltkammern halten. Zum Tragen der Schaltkammern sind untere Stütz- · isolatoren 17 vorgesehen, die sich in horizontaler Richtung von

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einem ü-lisen I6c erstrecken, das an den vertikalen U-Sisen 15 befestigt ist.

Die Figuren 2 und 3 zeigen die innere Ausbildung der Unterbrechung seinriehtting. Unter Bezug auf Fig. 2 ist festzuhalten, daß das zylindrische Gehäuse 3 aus einem geeigneten Isolierstoff besteht und am oberen isnde mit der metallischen Deckplatte 2 abgeschlossen ist, die mit der Anschlußklemme.2a einen 'einstückigen Körper bildet» Am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 3 ist das metallische Getriebegehäuse 4 befestigt» In dieses erstreckt sich die drehbare Antriebswelle 6, an der mit einem Keil 18 ein innerer Antriebshebel 19 befestigt ist. Der Hebel 19 ist bei 20 mit zwei metallischen Antriebsgliedern 21 gekoppelt. Die oberen Enden der Antriebsglieder 21 sind an einem Gelenkbolzen 22 angebracht, der sich seinerseits durch Öffnungen 23 in einem sternförmigen Antriebsteil 24 erstreckt. Der Antriebsteil 24 ist am unteren Ende 26a eines beweglichen Antriebszylinders 26 befestigt, der eine Kolbenplatte 26b aufweist -

Es ist zu sehen, daß eine von einem Isolierstoifrohr gebildete Lichtbogenabschirmung 28 einen axial verlaufenden Flansch 28a aufweist, der in einem haubenförmigen Schaltstückgehäuse 30 befestigt ist. Das Schaltstückgehäuse 30 ist bei 30a verlängert. Dadurch entsteht eine Führung für die Kolbenplatte 26a des be-

• weglichen Zylinders 26 einer Blaseinrichtung, die als Ganzes mit 32 bezeichnet ist und zum Löschen des Ausschaltlichtbogens das im Schalter vorhandene Schwefelhexafluorid in Bewegung setzt Zum feststehenden Kolben gehören die Teile 30 und 30b- Der KoI-.ben ist an der Führung 30a befestigt. Im. Kolben 30/3Ob sind viele öffnungen 30c vorgesehen, die den Zutritt von Gas in die . Schaltstrecke 42 gestatten.

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Bei der Ausschaltbewegung des Schalters verursachen die Antriebsglieder 21, die mit der Blaseinrichtung 32 verbunden sind, eine nach unten gerichtete Bewegung der Kolbenplatte 26b, die an der rohrförmigen Führung 3.0a entlang gezogen wird. .Dadurch v/ird Gas in der duroh die Pfeile 33 angedeuteten Sichtung in die. Lichtbogenkammer 34 aus Isolierstoff geführt.

wie zu sehen ist, ist der bewegliche Schalt stift 35 hohl ausgebildet. Seine Bohrung ist mit 35a bezeichnet. Der Schalt stift 35 wirkt mit mehreren flexiblen feststehenden Kontaktfingern 36 zusammen, die zusammen von einem geschlitzten Rohr 36a gebildet werden, das in die zylindrische Führung 30a eingesetzt ist.

Am Anfang der Ausschaltbewegung ist der ursprünglich gezogene Lichtbogen 37 durch die aus Isolierstoff bestehende Lichtbogenabschirmung 28 eingeschlossen und gegen die seitliche Blaswirkung des relativ kalten Gases geschützt, die durch die Kompressionsbewegung der beweglichen Kolbenplatte 36b verursacht wird. Auf diese Vteise wird im Lichtbogen weniger Energie umgesetzt, als wenn er nicht geschützt wäre.

wenn jedoch der hohle bewegliche Scbaltstift 35 die in Fig. 4 gezeigte Lage erreicht hat, wird der Lichtbogen einer seitlich nach innen gerichteten. Strömung kalten unionisierten Gases ausgesetzt, das durch die nach unten gerichtete Bewegung der Kolbenplatte 26b komprimiert wurde. Dies führt zu einer schnellen Lichtbogenlöschung."

Ja a ist festzuhalten, daß das komprimierte Gas, das seitlich gegen den Lichtbogen 37 strömt, in entgegengesetzte Richtungen :■■ durch den hohlen beweglichen Schalt stift und gleichzeitig duroh den hohlen Sehalt stückträger 30a in die Auslaßkammer 39 abströmt . ■

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' Dem hohlen beweglichen Schalt stift 35 ist vorzugsv/eise ein Gleitschaltstück 40 mit Kugeln zugeordnet, das den Strom auf die untere Ansjchlußplatte 4a führt, an der die untere Leitung I^ angeschlossen ist« Ein geeignetes Gleitschaltstück ist beispiels- ' weise in der amerikanischen Patentschrift 3 301 986 vom 31.1.1967 angegeben. '

In der Ausschaltstellung der Unterbrechungseinrichtung, die in Fig. 5 dargestellt ist, ist der bewegliche Schaltstift 35 nicht aus der Isolierstoffkammer 34 herausgezogen. Infolgedessen muß alles nach außen strömende Gas den hohlen Schaltstift passieren.

Die Erfindung ist nicht-nur für Schalter mit Schwefelhexafluorid (SFg) als Löschmittel geeignet, gleichgültig, ob diese als Blasschalter, wie beschrieben, oder als Schalter mit einem Zweidruckgassystem, z.B. entsprechend der USA-Patentschrift 3 057 983, ausgebildet sind. Vielmehr kann die Erfindung auch für andere Schalter mit einem strömenden Löschmittel, beispielsweise für Druckluftschalter, verwendet werden. Zusätzlich kann die Erfindung bei Löschmittelschaltern mit einer einfachen Metalldüse oder mit einer Doppeldüsenanordnung aus Metall eingesetzt werden, wie sie vorstehend beschrieben wurde. Immer dient die Erfindung zur Vergrößerung der Schaltleistung. Dies geschieht dadurch, daß eine Verschlechterung des zuströmenden Löschmittels am Anfang der Ausschaltbewegung durch eine Einschränkung der vom Lichtbogen erhitzten Gasmenge vermieden wird. Die Erfindung nutzt die Lichtbogenabdeckung 28, die den elektrischen Lichtbogen 37 über eine kurze'Entfernung bei seinem Ausschaltweg in der Nähe der Stelle abdeckt, wo sich die Schaltstücke voneinander trennen. Die Lichtbogenabdeckung 28 ist aus einem lichtbogenfesten ■ Isolierstoff♦ z.B. Polytetrafluoräthylen, hergestellt. Als anderes geeignetes Abdeckungsmaterial hat sich Bornitrat erwiesen.

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Ks ist eine nachgewiesene Tatsache, daß zum Unterbrechen von Kurzschlußströmen bei einer nennenswerten Höhe der wiederkehrenden Spannung eine MindestlöschiÜstanz zwischen den Schaltstücken vorhanden sein muß, die beispielsweise zwischen 1,3 und 2,5 ciB liegt. Bei kürzeren" Siektrodenentferrangen kann keine sichere Löschung des Lichtbogens"erhalten werden.

Die Beseitigung der Lichtbogenprodukte aus der Iahe der Lichtbogenelektroden 35,. % durch einen Strom kühlen Gases, das den ■ ' Lichtbogenrauifl durchquert, ist bisher noch wesentliche Voraussetzung in erfolgreichen Leistungsschaltern.·

Die Beanspruchung der Schalt strecke 42 durch die Lichtbogenprodukte in der Zeit, in der die Entfernung zwischen den sich trennenden Schaltstücken noch nicht für eine Unterbrechung .ausreicht, wurde bisher als einleuchtende Folge der Tatsache angesehen, daß sich die Schult stücke voneinander trennen und daß eine bestimmte Zeit benötigt wird, bevor die Distanz erreicht ist, bei der eine Stromunterbrechung möglich ist." Erfindungsgenäß wird dagegen die Schalt strecke 42 gegen die Verschmutzung durch Lichtbogenprodukte in der Zeit, in der keine Löschung mög- ■ lieh ist, durch die Lichtbogenabdeckung 28 geschützt, die den Lichtbogen 37 aufnimmt. Die Lichtbogenprodukte können dann nur in die Auslaßräume 39, 43 gelangen. Sie können jedoch nicht das vor der Schalt strecke 42 anstehende Gas beeinflussen. Nachdem der bewegliche Schaltstift 55 die Lichtbogenabdeckung 28 verlassen hat, ist die Entfernung zwischen den Schaltstücken 35 und 36 bereits genügend groß, um eine Unterbrechung zu ermöglichen, und das Gas, das dann den Lichtbogen löscht, ist sauberer als es ohne Lichtbogenabdeckung 28 wäre (vgl. Fig. 3).

. Lurch die Lichtbogenabdeckung 28 wird die Schaltleistung von Leistungsschal-tern beträchtlich vergrößert. Untersuchungen

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Prototyps des Schalters nach der Erfindung zeigten für eine Spannung von 13,2 kV, daß die Kurzschlußstromunterbrechung von 70.000 Ampere bei einer wiederkehrenden Spannung von 650 Volt pro Mikrosekunde möglich war. Dieser Wert wurde in einer Reihe von Stufen mit jeweils 10 Kiloampere Abstand nachgewiesen. Es ergaben sich keine Ausfälle, und damit wurde noch nicht einmal die Grenzleistung des Schalters erreicht. Bas untersuchte Spaltgerät hatte nur einen Innendurchmesser von 15 .cm und eine Länge von 45 cm. Die benötigte Antriebsenergie betrug 40 mkg. Daraus läßt sich ersehen, daß die Erfindung einen sprunghaften Fortschritt in der Entwicklung von Leistungsschaltern allein durch die" Anwendung einer Lichtbogenabdeckung 28 ermöglicht. Dabei zeigte eine Würdigung der Versuchsergebnisse, daß auch die .Lichtbogensäule 37 selbst durch die Lichtbogenabdeckung 28 vorteilhaft beeinflußt wurde.

Beim Einschalten des Leistungsschalters führt die Drehung des Antriebshebels 19 wegen der Antriebsglieder 21 zu einer nach innen gerichteten Bewegung des hohlen Schalt stift es 35 durch die Schaltstrecke 42 und in den von der Lichtbogenabdeckung 28 umgrenzten Baum bis zur Berührung mit den feststehenden Kontaktfingern 36. Fig. 2 zeigt das Gerät in der Einschalt stellung, in der-der Strom von·der Anschlußklemme 2a über das Führungsstück 3Oa₅ die Kontaktfinger 36, den Schaltstift 35» den Gleitkontakt 40 und den feststehenden Stromabnahmebolzen 45 zum unteren Getriebegehäuse 4 mit dem Lei-tungsansehluß L2 verläuft .

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß ein verbesserter Leistungsschalter angegeben wurde, bei dem eine bemerkenswerte Steigerung der Schaltleistung durch eine aus Isolierstoff bestehende Liehtbogenabdeckung 28 erhalten wird, die einen Teil des anfänglichen Schaltweges des Schaltstückes 35 einschließt.

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Man erhält als Ergebnis, daß kühles Gas, das durch die heißen Gase des ursprünglichen Lichtbogenraumes 47 nicht beeinflußt, ist, nach innen gegen den Lichtbogen strömt.

6 Figuren β Ansprüche

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Claims (5)

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   SchuteansprDche

   1* Leistungsschalter mit einem feststehenden Schalt stuck und einem beweglichen Schalt stift sowie mit einem mit dem Schaltstift gekoppelten Blaskolben» insbesondere nach Patent 1 765 ". (Anmeidtrog 17 65 381.5 = ELA 68/8006), wobei Schaltstück und Befieltotift in an sich bekannter-Weise hohl ausgebildet sind und die Schaltgase gegen kühlende Metallflachen außerhalb der Schalistrecke führen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schaltstück (36) ein Isolierstoffrohr (28) zugeordnet ist, das den Schaltstift (35) in der Einschalt stellung umschließt und über die Minäestlo'sehdistanz reicht.
2. 2. Lelstungsschalfer nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffrohr (28) am Schaltstück (36) oder seinem .Trager (30a) befestigt ist.
3. 3· Leistungsschalter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine derartige Befestigung, daß eine vom Lichtbogen (37) nicht unmittelbar beanspruehbare Isolierstoff strecke gebildet v/ird.
4. 4* Leistungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffrohr (28) auf der dem Schaltstift (35) zugekehrten Seite an sich bekannte Vertiefungen aufweist,
5. 5. Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffrohr (28) einen mindestens teilweise quer zur Bewegungsrichtung des Schaltsiiftes'(35) verlaufenden Kanal (Öffnungen 30c) für das zum Schaltstift geförderte Löschmittel begrenzt.

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   6« Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Begrenzung von einem Isolierstoffkörper (34) gebildet wird, der den Schaltstift 05) auf der dem Schaltstück (36) abgekehrten Seite dea Isolierstoffrohres (28) umgibt und eine führung für den Blaskolben (26a) bildet.

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