DE19613568A1 - Leistungsschalter - Google Patents
LeistungsschalterInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Offenlegungsschrift DE 42 00 896 A1 ist ein
Leistungsschalter bekannt, der eine Löschkammer aufweist mit
zwei feststehenden, voneinander beabstandeten
Abbrandkontakten. Die Löschkammer ist mit einem Isoliergas,
vorzugsweise SF₆-Gas unter Druck, gefüllt. Im
eingeschalteten Zustand der Löschkammer werden die beiden
Abbrandkontakte mittels eines beweglichen
Überbrückungskontakts elektrisch leitend miteinander
verbunden. Der Überbrückungskontakt umgibt die zylindrisch
ausgebildeten Abbrandkontakte konzentrisch. Der
Überbrückungskontakt und die beiden Abbrandkontakte bilden
eine Leistungsstrombahn, welche lediglich beim Ausschalten
strombeaufschlagt ist. Bei einer Ausschaltung gleitet der
Überbrückungskontakt von einem ersten der Abbrandkontakte
herunter und zieht einen Lichtbogen, der zunächst zwischen
dem ersten Abbrandkontakt und dem ihm zugewandten Ende des
Überbrückungskontakts brennt. Sobald dieses Ende den zweiten
Abbrandkontakt erreicht, kommutiert der Lichtbogenfußpunkt
von dem Ende des Überbrückungskontakts auf den zweiten
Abbrandkontakt. Der Lichtbogen brennt nun zwischen den
beiden Abbrandkontakten und wird beblasen bis der Lichtbogen
erlischt. Das für die Beblasung nötige druckbeaufschlagte
Isoliergas wird in der Regel mittels eines mit dem
beweglichen Überbrückungskontakt verbundenen Blaskolbens
erzeugt.
Dieser Leistungsschalter weist zudem parallel zu der
Leistungsstrombahn eine Nennstrombahn auf, die bei
eingeschaltetem Leistungsschalter den Betriebsstrom führt.
Die Nennstrombahn ist konzentrisch um die Leistungsstrombahn
angeordnet. Der Überbrückungskontakt ist hier mit einem
beweglichen, in der Nennstrombahn angeordneten
Nennstromkontakt mechanisch starr verbunden. Beim
Ausschalten wird zuerst die Nennstrombahn unterbrochen, der
zu unterbrechende Strom kommutiert danach auf die
Leistungsstrombahn, wo dann, wie oben beschrieben, ein
Lichtbogen eingeleitet und dann gelöscht wird.
Der Überbrückungskontakt weist, bedingt durch seine
Abmessungen, eine vergleichsweise große zu bewegende Masse
auf, die bei Schaltvorgängen zu beschleunigen und
abzubremsen ist. Der Antrieb des Leistungsschalters muß die
hierfür nötige Energie bereitstellen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 31 27 962 A1 ist ein weiterer
Leistungsschalter bekannt, der eine Löschkammer aufweist mit
zwei feststehenden, voneinander beabstandeten
Abbrandkontakten. Die Löschkammer ist mit einem Isoliergas,
vorzugsweise SF₆-Gas unter Druck, gefüllt. Im
eingeschalteten Zustand der Löschkammer werden die beiden
Abbrandkontakte mittels eines beweglichen
Überbrückungskontakts elektrisch leitend miteinander
verbunden. Der Überbrückungskontakt umgibt die zylindrisch
ausgebildeten Abbrandkontakte konzentrisch. Der
Überbrückungskontakt ist hier zugleich als Nennstromkontakt
ausgebildet. Eine Ausschaltung dieses Leistungsschalters
verläuft ähnlich wie beim vorher beschriebenen
Leistungsschalter.
Dieser Überbrückungskontakt weist ebenfalls, bedingt durch
seine Abmessungen, eine vergleichsweise große zu bewegende
Masse auf, die bei Schaltvorgängen zu beschleunigen und
abzubremsen ist. Der Antrieb des Leistungsschalters muß die
hierfür nötige Energie bereitstellen.
Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen
gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, einen
Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei welchem eine Erhöhung der Geschwindigkeit des
Überbrückungskontakts mit einem vergleichsweise kleinen und
wenig Energie benötigenden Antrieb erreicht wird. Zudem soll
die Nennstrombahn des Leistungsschalters eine besonders hohe
Dauerstandfestigkeit aufweisen.
Da bei dem Leistungsschalter gemäß Patentanspruch 1 der
Überbrückungskontakt im Innern der
Abbrandkontaktanordnungen, entlang der zentralen Achse
erstreckt, angeordnet ist, kann er mit einem vorteilhaft
kleinen Durchmesser und damit mit einer besonders kleinen
Masse ausgeführt werden. Dieser Leistungsschalter kann
deshalb mit einer vergleichsweise großen
Ausschaltgeschwindigkeit betrieben werden, da dieser
massearme Überbrückungskontakt mit einem vergleichsweise
kleinen und vorteilhaft billigen Antrieb wirkungsvoll
beschleunigt und am Ende der Ausschaltbewegung wieder
zuverlässig abgebremst werden kann.
Der Überbrückungskontakt ist hier zudem als einfacher
Schaltstift ausgebildet, der keine federnden Kontaktelemente
aufweist, er ist deshalb vergleichsweise einfach und
preisgünstig herzustellen.
Beim Leistungsschalter gemäß Patentanspruch 3 wird der
bewegliche Nennstromkontakt wesentlich langsamer bewegt als
der mit ihm über ein die Geschwindigkeit reduzierendes
Hebelgestänge verbundene Überbrückungskontakt. Die
Lebensdauer der Nennstromkontakte wird, wegen der kleineren
mechanischen Beanspruchung, vorteilhaft erhöht, was die
Verfügbarkeit des Leistungsschalters wesentlich verbessert.
Der bewegliche Nennstromkontakt ist bei den vorliegenden
Leistungsschalterausführungen in einem Volumen
untergebracht, welches von dem Bereich des
Leistungsschalters, in dem vom Lichtbogen erzeugte Heißgase
und Abbrandpartikel auftreten, vollständig getrennt ist.
Diese Heißgase und Abbrandpartikel können deshalb die
Nennstromkontakte nicht negativ beeinflussen, wodurch deren
Standfestigkeit und damit ihre Lebensdauer vorteilhaft
gesteigert wird.
Eine weitere vorteilhafte Verbilligung der
erfindungsgemäßen Leistungsschalterausführungen ergibt sich
dadurch, daß die Abbrandkontaktanordnungen und teilweise
auch die Gehäuseteile aus Gleichteilen spiegelbildlich zu
einer Symmetrieebene aufgebaut sind.
Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände
der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren
Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche
lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Kontaktzone einer ersten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters
im eingeschalteten Zustand,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Kontaktzone einer ersten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters
während des Ausschaltens,
Fig. 3 einen Teilschnitt durch die Kontaktzone einer zweiten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters,
und
Fig. 4 einen stark vereinfachten Schnitt durch einen
erfindungsgemäßen Leistungsschalter, in der rechten Hälfte
der Figur ist der Leistungsschalter im eingeschalteten
Zustand dargestellt, in der linken Hälfte der Figur ist der
Leistungsschalter im ausgeschalteten Zustand dargestellt.
Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Alle für das unmittelbare
Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind
nicht dargestellt.
Die Fig. 1 zeigt einen schematisch dargestellten Schnitt
durch die Kontaktzone 1 der Löschkammer einer ersten
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters
im eingeschalteten Zustand. Die Löschkammer ist zentrisch
symmetrisch um eine zentrale Achse 2 angeordnet. Entlang
dieser zentralen Achse 2 erstreckt sich ein zylindrisch
ausgebildeter, metallischer Schaltstift 3, der mittels eines
nicht dargestellten Antriebs entlang der zentralen Achse 2
beweglich ist. Der Schaltstift 3 weist eine dielektrisch
günstig geformte Spitze 4 auf, die bei Bedarf mit einem
elektrisch leitenden, abbrandbeständigen Material versehen
werden kann. Im eingeschalteten Zustand überbrückt der
Schaltstift 3 elektrisch leitend einen Abstand a zwischen
zwei Abbrandkontaktanordnungen 5, 6.
Die Abbrandkontaktanordnung 5 weist einen schematisch
dargestellten Kontaktkorb 7 auf, der elektrisch leitend mit
einem Absatz eines plattenförmig ausgebildeten Trägers 8 aus
Metall verbunden ist. Der Kontaktkorb 7 weist Kontaktfinger
aus Metall auf, welche federnd auf der Oberfläche des
Schaltstifts 3 aufliegen. Auf der der
Abbrandkontaktanordnung 6 zugewandten Seite des Trägers 8,
an der Stelle des geringsten Abstands zwischen den beiden
Abbrandkontaktanordnungen 5 und 6, ist eine Abbrandplatte 9
mit Hilfe eines der bekannten Verfahren mit diesem Träger 8
verbunden worden, und zwar so, daß die Enden 10 der
Kontaktfinger gegen Abbrand geschützt sind. Die
Abbrandplatte 9 ist vorzugsweise aus Graphit gefertigt, sie
kann jedoch auch aus anderen elektrisch leitenden,
abbrandbeständigen Materialien wie beispielsweise
Wolframkupferverbindungen bestehen. Die dem Träger 8
abgewandte Oberfläche der Abbrandplatte 9 wird mittels einer
ringförmig ausgebildeten Abdeckung 36 aus einem
abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen
Lichtbogeneinwirkung geschützt. Zudem wird durch die
Abdeckung 36 verhindert, daß der Lichtbogenfußpunkt zu
weit in das Speichervolumen 17 hinein wandert.
Die Abbrandkontaktanordnung 6 entspricht im Aufbau der
Abbrandkontaktanordnung 5, allerdings ist sie
spiegelbildlich zu dieser angeordnet. Eine strichpunktierte
Linie 11 deutet die Spiegelungsebene an, welche von der
zentralen Achse 2 senkrecht durchstoßen wird. Die
Abbrandkontaktanordnung 6 weist einen schematisch
dargestellten Kontaktkorb 12 auf, der elektrisch leitend mit
einem Absatz eines plattenförmig ausgebildeten Trägers 13
aus Metall verbunden ist. Der Kontaktkorb 12 weist
Kontaktfinger aus Metall auf, welche federnd auf der
Oberfläche des Schaltstifts 3 aufliegen. Auf der der
Abbrandkontaktanordnung 5 zugewandten Seite des Trägers 13,
an der Stelle des geringsten Abstands zwischen den beiden
Abbrandkontaktanordnungen 5 und 6, ist eine Abbrandplatte 14
mit Hilfe eines der bekannten Verfahren mit diesem Träger 13
verbunden worden, und zwar so, daß die Enden 15 der
Kontaktfinger gegen Abbrand geschützt sind. Die
Abbrandplatte 14 ist vorzugsweise aus Graphit gefertigt, sie
kann jedoch auch aus anderen elektrisch leitenden,
abbrandbeständigen Materialien wie beispielsweise
Wolframkupferverbindungen bestehen. Die dem Träger 13
abgewandte Oberfläche der Abbrandplatte 14 wird mittels
einer ringförmig ausgebildeten Abdeckung 41 aus einem
abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen
Lichtbogeneinwirkung geschützt. Zudem wird durch die
Abdeckung 41 verhindert, daß der Lichtbogenfußpunkt zu
weit in das Speichervolumen 17 hinein wandert.
Zwischen den Trägern 8 und 13 ist eine konzentrisch zur
zentralen Achse 2 angeordnete ringförmige Trennwand 16 aus
Isoliermaterial eingespannt. Die Träger 8 und 13 und die
Trennwand 16 schließen ein ringförmig ausgebildetes
Speichervolumen 17 ein, welches für die Speicherung des für
die Beblasung des Lichtbogens vorgesehenen
druckbeaufschlagten Isoliergases ausgelegt ist. Der Träger 8
stellt eine Stirnseite eines zylinderförmig ausgebildeten,
vollständig von metallischen Wänden umschlossenen
Auspuffvolumens 18 dar. Der Träger 13 stellt eine Stirnseite
eines zylinderförmig ausgebildeten, vollständig von
metallischen Wänden umschlossenen Auspuffvolumens 19 dar.
Wenn eine Nennstrombahn vorgesehen ist, so stellen die in
dieser Nennstrombahn vorhandenen beweglichen
Nennstromkontakte im eingeschalteten Zustand des
Leistungsschalters die elektrisch leitende Verbindung
zwischen den metallischen Wänden der beiden Auspuffvolumina
18 und 19 dar. Der Schaltstift 3 wird in diesem Fall
lediglich von vergleichsweise kleinen Streuströmen
durchflossen.
Der Träger 13 ist mit einer Bohrung 20 versehen, die mit
einem schematisch dargestellten Rückschlagventil 21
verschlossen ist. An die Bohrung 20 ist eine Leitung 22
angeschlossen, welche das von einer mit dem Schaltstift 3 in
Wirkverbindung stehenden Kolben-Zylinder-Anordnung bei einem
Ausschaltvorgang komprimierte Isoliergas zum Speichervolumen
17 führt. Ein Einströmen des druckbeaufschlagten
Isoliergases in das Speichervolumen 17 ist jedoch nur dann
möglich, wenn im Speichervolumen 17 ein niedrigerer Druck
herrscht als in der Leitung 22.
Die Fig. 2 zeigt einen schematisch dargestellten Schnitt
durch die Kontaktzone 1 einer ersten Ausführungsform der
Löschkammer eines erfindungsgemäßen Leistungsschalters
während des Ausschaltens. Der Schaltstift 3 hat im Verlauf
seiner Ausschaltbewegung in Richtung des Pfeils 27 zwischen
den Abbrandplatten 9 und 14 einen Lichtbogen 23 gezogen. Der
Lichtbogen 23 beaufschlagt das ihn umgebende Isoliergas
thermisch und erhöht dadurch kurzzeitig den Druck in diesem
als Lichtbogenzone 24 bezeichneten Bereich der Löschkammer.
Das druckbeaufschlagte Isoliergas wird im Speichervolumen 17
kurzzeitig gespeichert. Ein Teil des druckbeaufschlagten
Isoliergases strömt jedoch einerseits durch eine Öffnung 25
in das Auspuffvolumen 18 und andererseits durch eine Öffnung
26 in das Auspuffvolumen 19 ab.
Der Schaltstift 3 ist mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung
verbunden, in welcher bei einem Ausschaltvorgang Isoliergas
komprimiert wird. Dieses komprimierte Isoliergas wird, wie
ein Pfeil 28 andeutet, durch die Leitung 22 in das
Speichervolumen 17 eingeleitet, wenn im Speichervolumen 17
ein niedrigerer Druck herrscht als in der Leitung 22. Dies
ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Lichtbogen 23 so
stromschwach ist, daß er die Lichtbogenzone 24 nicht
intensiv genug aufheizen kann. Wenn jedoch ein stromstarker
Lichtbogen 23 die Lichtbogenzone 24 sehr stark aufheizt,
so daß ein großer Druck des Isoliergases im Speichervolumen
17 auftritt, öffnet sich nach dem Überschreiten eines
vorgegebenen Grenzwerts ein Überdruckventil 29 und der
überschüssige Druck wird in das Auspuffvolumen 18 hinein
abgebaut. Es ist aber auch möglich, wenn der
Leistungsschalter beispielsweise nur für vergleichsweise
kleine Ausschaltströme ausgelegt ist, auf das
Überdruckventil zu verzichten.
Wird der Lichtbogen 23 in Rotation um die zentrale Achse 2
versetzt, so wird dadurch bekanntlich die Aufheizung der
Lichtbogenzone 24 wesentlich verstärkt. Die Fig. 3 zeigt
einen Teilschnitt durch eine mit Blasspulen 30 und 31
versehene Kontaktzone eines erfindungsgemäßen
Leistungsschalters im ausgeschalteten Zustand. Das
magnetische Feld der Blasspulen 30 und 31 versetzt in
bekannter Weise den Lichtbogen 23 beim Ausschalten in
Rotation. Die Blasspule 30 ist in eine Vertiefung des
Trägers 8 eingelassen, wobei das eine Wicklungsende 32 eine
metallisch blanke Kontaktfläche aufweist, welche mittels
einer Schraube 33 gegen die metallisch blanke Oberfläche des
Trägers 8 gedrückt wird. Das Wicklungsende 32 ist damit
elektrisch leitend verbunden mit dem Träger 8. Zwischen der
übrigen, dem Träger 8 zugewandten Oberfläche der Blasspule
30 und dem Träger 8 ist eine elektrische Isolation 34
vorgesehen. Diese Isolation 34 distanziert zudem die
Windungen der Blasspule 30 voneinander. Das andere
Wicklungsende 35 der Blasspule 30 ist elektrisch leitend mit
der Abbrandplatte 9 verbunden. Die dem Träger 8 abgewandte
Oberfläche der Blasspule 30 und ein Teil der Oberfläche der
Abbrandplatte 9 wird mittels einer Abdeckung 36 aus einem
abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen
Lichtbogeneinwirkung geschützt.
Die Blasspule 31 ist in eine Vertiefung des Trägers 13
eingelassen, wobei das eine Wicklungsende 37 eine metallisch
blanke Kontaktfläche aufweist, welche mittels einer Schraube
38 gegen die metallisch blanke Oberfläche des Trägers 13
gedrückt wird. Das Wicklungsende 37 ist damit elektrisch
leitend verbunden mit dem Träger 13. Zwischen der übrigen,
dem Träger 13 zugewandten Oberfläche der Blasspule 31 und
dem Träger 13 ist eine elektrische Isolation 39 vorgesehen.
Diese Isolation 39 distanziert zudem die Windungen der
Blasspule 31 voneinander. Das andere Wicklungsende 40 der
Blasspule 31 ist elektrisch leitend mit der Abbrandplatte 14
verbunden. Die dem Träger 13 abgewandte Oberfläche der
Blasspule 31 und ein Teil der Oberfläche der Abbrandplatte
14 wird mittels einer Abdeckung 41 aus einem
abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen
Lichtbogeneinwirkung geschützt.
Die beiden Blasspulen 30 und 31 sind so angeordnet, daß
sich die durch diese Blasspulen 30 und 31 erzeugten
Magnetfelder gegenseitig verstärken. Die beiden Abdeckungen
36 und 41 bilden bei dieser Ausführungsvariante einen
ringförmigen Düsenkanal, dessen Engnis den Abstand a
aufweist, und der sich in radialer Richtung aufweitet, bis
er in das Speichervolumen 17 übergeht.
Die Fig. 4 zeigt einen stark vereinfachten Schnitt durch
einen erfindungsgemäßen, schematisch dargestellten
Leistungsschalter, in der rechten Hälfte der Figur ist der
Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand dargestellt, in
der linken Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im
ausgeschalteten Zustand dargestellt. Der Leistungsschalter
ist konzentrisch um die zentrale Achse 2 aufgebaut, seine
Leistungskontakte sind mit Blasspulen 30, 31 versehen. Das
mit Isoliergas unter Druck, vorzugsweise SF₆-Gas, gefüllte
Auspuffvolumen 18 wird von dem Träger 8, einer mit diesem
verbundenen, zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 42 und
einem dem Träger 8 gegenüberliegenden, druckdicht mit der
Gehäusewand 42 verschraubten Verschlußdeckel 43
eingeschlossen. Der Verschlußdeckel 43 ist im Zentrum mit
einer zylindrisch ausgebildeten, in Richtung der Öffnung 25
erstreckten Strömungsablenkung 44 versehen. Die Gehäusewand
42 und der Verschlußdeckel 43 sind, ebenso wie der Träger
8, in der Regel aus einem elektrisch gut leitenden Metall
hergestellt.
Die Gehäusewand 42 ist mit einem zylindrisch ausgebildeten
Isolierrohr 45 druckdicht verbunden. Auf der der Gehäusewand
42 entgegengesetzten Seite ist das Isolierrohr 45 druckdicht
mit einer weiteren zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 46
verbunden. Die Gehäusewand 46 ist genau gleich ausgebildet
wie die Gehäusewand 42, sie ist jedoch spiegelbildlich zu
ihr angeordnet, wobei die strichpunktierte Linie 11 die
Spiegelungsebene andeutet. Das Isolierrohr 45 ist
konzentrisch zur isolierenden Trennwand 16 angeordnet. Diese
Gehäusewand 46 ist mit dem Träger 13 verbunden. Das mit
Isoliergas unter Druck, vorzugsweise SF₆-Gas, gefüllte
Auspuffvolumen 19 wird von dem Träger 13, der mit diesem
verbundenen, Gehäusewand 46 und einem dem Träger 13
gegenüberliegenden, druckdicht mit der Gehäusewand 46
verschraubten Deckel 47 eingeschlossen. Der Deckel 47 ist im
Zentrum mit einem Zylinder 48 versehen. Die Gehäusewand 46
und der Deckel 47 sind, ebenso wie der Träger 13, in der
Regel aus einem elektrisch gut leitenden Metall hergestellt.
Zwischen den beiden Gehäusewänden 42 und 46 ist ein Abstand
b vorgesehen. Die Gehäusewand 42 ist außen mit
Befestigungsmöglichkeiten für Stromanschlüsse 49 versehen.
Die Gehäusewand 46 ist außen mit Befestigungsmöglichkeiten
für Stromanschlüsse 50 versehen. Das Isolierrohr 45 ist in
einer durch die beiden Gehäusewände 42 und 46 gebildeten
Vertiefung angeordnet, wodurch die durch den Druck in den
Auspuffvolumina 18 und 19 hervorgerufenen Zugkräfte, die das
Isolierrohr 45 in axialer Richtung beanspruchen, minimiert
werden. Infolge dieser vertieften Anordnung ist die äußere
Oberfläche des Isolierrohrs 45 besonders gut gegen
Transportschäden geschützt.
In dem Zylinder 48 gleitet ein Kompressionskolben 51, der
mit dem Schaltstift 3 verbunden ist. Der Kompressionskolben
51 verdichtet bei der Ausschaltbewegung des Schaltstifts 3
das in dem Zylinder 48 befindliche Isoliergas. Das
verdichtete Isoliergas strömt durch die schematisch
dargestellten Leitungen 22 und 22a in das Speichervolumen 17
ein, wenn die Druckverhältnisse in diesem Volumen dies
zulassen. Wenn in diesem Zylinder 48 ein zu hoher
Kompressionsdruck auftreten sollte, so kann dieser durch ein
nicht dargestelltes Überdruckventil in das Auspuffvolumen 19
hinein abgebaut werden.
Der Schaltstift 3 wird durch einen nicht dargestellten
Antrieb bewegt. An den Schaltstift 3 ist mindestens ein
Hebel 52 angelenkt, dessen anderes Ende hier drehbar und
verschiebbar in der Gehäusewand 46 gelagert ist. Mit dem
Hebel 52 ist eine Schwinge 53 drehbar verbunden, welche die
vom Hebel 52 ausgeübte Kraft auf eine angelenkte Stange 54
überträgt. Die Stange 54 bewegt sich parallel zur Richtung
der zentralen Achse 2, sie wird hier in der Gehäusewand 46
und im Träger 13 reibungsarm geführt. Das andere Ende der
Stange 54 ist mit einem schematisch als Dreieck
dargestellten Fingerkorb 55 verbunden. Der Fingerkorb 55
dient als Halterung für eine Vielzahl einzeln federnd
aufgehängter Kontaktfinger 56. Um ein Verkanten zu
vermeiden, sind mindestens zwei derartige Hebelgestänge für
die Betätigung des Fingerkorbs 55 vorgesehen, wie dies in
der Fig. 4 dargestellt ist. Die Kontaktfinger 56 bilden im
eingeschalteten Zustand den beweglichen Teil der
Nennstrombahn des Leistungsschalters. Im rechten Teil der
Fig. 4 ist der Fingerkorb 55 im eingeschalteten Zustand des
Leistungsschalters dargestellt, die Kontaktfinger 56
überbrücken in dieser Position den Abstand b elektrisch
leitend. Der Strom durch den Leistungsschalter fließt dann
beispielsweise von den Stromanschlüssen 49 durch die
Gehäusewand 42, durch die Kontaktfinger 56 und die
Gehäusewand 46 zu den Stromanschlüssen 50.
Der Raum 57, in dem dieser bewegliche Teil der Nennstrombahn
untergebracht ist, wird durch die isolierende Trennwand 16
und die Träger 8 und 13 sehr vorteilhaft vollständig von der
Lichtbogenzone 24 abgetrennt, so daß keine in der
Lichtbogenzone 24 erzeugten Abbrandpartikel in den Bereich
der Nennstromkontakte gelangen und diese negativ
beeinflussen können. Die Lebensdauer der Nennstromkontakte
wird dadurch sehr vorteilhaft erhöht, was eine vorteilhaft
erhöhte Verfügbarkeit des Leistungsschalters zur Folge hat.
Die Hebelgestänge, welche aus jeweils einem Hebel 52, einer
Schwinge 53 und einer Stange 54 bestehen sind so ausgelegt,
daß die vom nicht dargestellten Antrieb erzeugte,
vergleichsweise hohe Ausschaltgeschwindigkeit des
Schaltstifts 3, welche im Bereich von 10 m/sec bis 20 m/sec
liegt, umgesetzt wird in eine etwa um das Zehnfache kleinere
Ausschaltgeschwindigkeit des Fingerkorbs 55 von etwa 1 m/sec
bis 2 m/sec. Infolge dieser langsameren Bewegung des
Fingerkorbs 55 ist die mechanische Beanspruchung desselben
und auch die der Kontaktfinger 56 vorteilhaft klein, so daß
diese Bauteile vergleichsweise leicht und massearm
ausgeführt werden können, da sie keinen großen mechanischen
Beanspruchungen standhalten müssen. Auf die Kontaktfinger 56
wirken, wegen der vergleichsweise kleinen Geschwindigkeit,
keine großen mechanischen Reaktionskräfte ein, so daß die
Federn, welche die Kontaktfinger 56 gegen die auf den
Gehäusewänden 42 und 46 vorgesehenen Kontaktflächen drücken,
vergleichsweise schwach ausgelegt werden können. Die
Abnutzung der Kontaktstellen der Kontaktfinger 56 und der
Kontaktflächen auf denen die Kontaktfinger 56 gleiten wird,
infolge der vergleichsweise geringen Federkräfte, wesentlich
verringert.
Der Schaltstift 3 wird einerseits mit Hilfe des in dem
Zylinder 48 gleitenden Kompressionskolbens 51 geführt und
andererseits in einem Führungsteil 58. Das Führungsteil 58
ist mittels sternförmig angeordneter Rippen mit dem Träger
13 verbunden.
Bei allen drei beschriebenen Ausführungen der
Leistungskontakte des Leistungsschalters sind die
Kontaktelemente jeweils als Gleichteile ausgebildet. Die
Verwendung von gleichen Teilen verbilligt vorteilhaft die
Herstellungskosten des Leistungsschalters und vereinfacht
zudem die Lagerhaltung für dessen Ersatzteile.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise werden die Figuren etwas
näher betrachtet. Beim Ausschalten zieht der Schaltstift 3
im Verlauf seiner Ausschaltbewegung zwischen den
Abbrandplatten 9 und 14 einen Lichtbogen 23. Der Schaltstift
3 bewegt sich mit einer vergleichsweise sehr hohen
Ausschaltgeschwindigkeit, so daß der Lichtbogen 23 nur
kurzzeitig auf der Spitze 4 des Schaltstifts 3 brennt und
sogleich auf die Abbrandplatte 14 kommutiert. Die Spitze 4
weist deshalb kaum Abbrandspuren auf. Die Abbrandplatten 9
und 14 sind aus besonders abbrandfestem Material, sie weisen
deshalb eine vergleichsweise hohe Lebensdauer auf. Der
Leistungsschalter muß deshalb nur vergleichsweise selten
revidiert werden, wodurch er eine vergleichsweise große
Verfügbarkeit aufweist.
Der Lichtbogen 23 wird wegen der sehr raschen
Ausschaltbewegung des Schaltstifts 3 vergleichsweise schnell
seine volle Länge erreichen, so daß bereits kurz nach der
Kontakttrennung die volle Lichtbogenenergie zur Verfügung
steht für die Druckbeaufschlagung des Isoliergases in der
Lichtbogenzone 24. Der Lichtbogen 23 beaufschlagt das ihn
umgebende Isoliergas thermisch und erhöht dadurch kurzzeitig
den Druck in der Lichtbogenzone 24 der Löschkammer. Das
druckbeaufschlagte Isoliergas wird im Speichervolumen 17
kurzzeitig gespeichert. Ein Teil des druckbeaufschlagten
Isoliergases strömt jedoch einerseits durch eine Öffnung 25
in das Auspuffvolumen 18 und andererseits durch eine Öffnung
26 in das Auspuffvolumen 19 ab. Der Schaltstift 3 ist jedoch
in der Regel mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung verbunden,
in welcher bei einem Ausschaltvorgang Isoliergas komprimiert
wird. Dieses komprimierte Isoliergas wird zusätzlich zu dem
thermisch erzeugten druckbeaufschlagten Isoliergas durch die
Leitung 22 in das Speichervolumen 17 eingeleitet.
Dieses Einströmen erfolgt jedoch nur, wenn im
Speichervolumen 17 ein niedrigerer Druck herrscht als in der
Leitung 22. Dies ist beispielsweise vor der Kontakttrennung
der Fall oder dann, wenn der Lichtbogen 23 so stromschwach
ist, daß er die Lichtbogenzone 24 nicht intensiv genug
aufheizen kann. Heizt jedoch ein stromstarker Lichtbogen 23
die Lichtbogenzone 24 sehr stark auf, so daß ein
vergleichsweise großer Druck des Isoliergases im
Speichervolumen 17 auftritt, bei diesem großen Druck
erfolgt dann zunächst keine Einströmung des in der Kolben-
Zylinder-Anordnung erzeugten Druckgases. Wird im
Speichervolumen 17 ein vorgegebener Grenzwert des
gespeicherten Drucks überschritten, so öffnet sich nach dem
Überschreiten dieses vorgegebenen Grenzwerts ein
Überdruckventil 29 und der überschüssige Druck wird in das
Auspuffvolumen 18 hinein abgebaut. Auf diese Art wird mit
großer Sicherheit verhindert, daß in diesem Bereich eine
unzulässige Überschreitung der mechanischen Belastbarkeit
der Bauelemente vorkommen kann.
Solange in der Lichtbogenzone 24 ein Überdruck herrscht,
strömt sehr heißes ionisiertes Gas auch durch die Öffnungen
25 und 26 ab in die Auspuffvolumina 18 und 19. Bei der
konstruktiven Gestaltung dieser beiden Strömungsbereiche
wurde darauf geachtet, daß sie geometrisch ähnlich
gestaltet wurden, um gleiche Abströmungsverhältnisse in
beide Auspuffvolumina 18 und 19 zu erreichen. Die Spitze 4
des Schaltstifts 3 ist im Zentrum des Auspuffvolumens 19
gegenüber der Öffnung 26 angeordnet und beeinflußt zusammen
mit den Rippen des Führungsteils 57 die Gasströmung in
diesem Bereich. Die Strömungsablenkung 44 ist im
Auspuffvolumen 18 an der der Spitze 4 entsprechenden Stelle
gegenüber der Öffnung 25 angeordnet und beeinflußt dort die
Gasströmung in ähnlicher Weise. Die beiden Gasströmungen
bilden sich wegen der sehr ähnlich gestalteten
Strömungsbereiche ähnlich aus, so daß der in der
Lichtbogenzone 24 aufgebaute Druck etwa gleichmäßig und
kontrolliert nach beiden Seiten abströmt, wodurch das im
Speichervolumen 17 für die Löschung des Lichtbogens 23
vorhandene Isoliergas unter Druck so lange gespeichert
werden kann, bis eine Beblasung des Lichtbogens 23 erfolgen
kann.
Der erfindungsgemäße Leistungsschalter ist für
Schaltanlagen im Mittelspannungsbereich besonders gut
geeignet. Die kompakte zylindrische Ausführung des
Leistungsschalters eignet sich besonders für den Einbau in
metallgekapselte Anlagen, insbesondere auch für den Einbau
in metallgekapselte Generatorableitungen. Zudem ist der
Leistungsschalter sehr gut geeignet für den Ersatz von
veralteten Leistungsschaltern, da er, bei gleichem oder
besserem Ausschaltvermögen, einen wesentlich kleineren
Platzbedarf hat als diese, sind in der Regel bei einer
derartigen Umrüstung keine aufwendigen baulichen Änderungen
nötig. Wenn der Leistungsschalter für Betriebsspannungen
oberhalb etwa 24 kV bis 30 kV eingesetzt werden soll, so
müssen die Abstände a und b vergrößert und der verlangten
Spannung angepaßt werden, gegebenenfalls muß auch die
Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltstifts 3 entsprechend
angepaßt, d. h. erhöht werden.
Die Einschaltgeschwindigkeit des Schaltstifts 3 liegt bei
diesem Leistungsschalter im Bereich 5 m/sec bis 10 m/sec,
während die Kontaktfinger 56 des Nennstromkontaktes mit
einer entsprechenden Einschaltgeschwindigkeit im Bereich von
0,5 m/sec bis 1 m/sec in ihre Einschaltstellung fahren.
Bezugszeichenliste
1 Kontaktzone
2 zentrale Achse
3 Schaltstift
4 Spitze
5, 6 Abbrandkontaktanordnung
7 Kontaktkorb
8 Träger
9 Abbrandplatte
10 Enden
11 strichpunktierte Linie
12 Kontaktkorb
13 Träger
14 Abbrandplatte
15 Enden
16 Trennwand
17 Speichervolumen
18, 19 Auspuffvolumen
20 Bohrung
21 Rückschlagventil
22, 22a Leitung
23 Lichtbogen
24 Lichtbogenzone
25, 26 Öffnung
27, 28 Pfeil
29 Überdruckventil
30, 31 Blasspule
32 Wicklungsende
33 Schraube
34 Isolation
35 Wicklungsende
36 Abdeckung
37 Wicklungsende
38 Schraube
39 Isolation
40 Wicklungsende
41 Abdeckung
42 Gehäusewand
43 Verschlußdeckel
44 Strömungsablenkung
45 Isolierrohr
46 Gehäusewand
47 Deckel
48 Zylinder
49, 50 Stromanschlüsse
51 Kompressionskolben
52 Hebel
53 Schwinge
54 Stange
55 Fingerkorb
56 Kontaktfinger
57 Raum
58 Führungsteil
a, b Abstand
2 zentrale Achse
3 Schaltstift
4 Spitze
5, 6 Abbrandkontaktanordnung
7 Kontaktkorb
8 Träger
9 Abbrandplatte
10 Enden
11 strichpunktierte Linie
12 Kontaktkorb
13 Träger
14 Abbrandplatte
15 Enden
16 Trennwand
17 Speichervolumen
18, 19 Auspuffvolumen
20 Bohrung
21 Rückschlagventil
22, 22a Leitung
23 Lichtbogen
24 Lichtbogenzone
25, 26 Öffnung
27, 28 Pfeil
29 Überdruckventil
30, 31 Blasspule
32 Wicklungsende
33 Schraube
34 Isolation
35 Wicklungsende
36 Abdeckung
37 Wicklungsende
38 Schraube
39 Isolation
40 Wicklungsende
41 Abdeckung
42 Gehäusewand
43 Verschlußdeckel
44 Strömungsablenkung
45 Isolierrohr
46 Gehäusewand
47 Deckel
48 Zylinder
49, 50 Stromanschlüsse
51 Kompressionskolben
52 Hebel
53 Schwinge
54 Stange
55 Fingerkorb
56 Kontaktfinger
57 Raum
58 Führungsteil
a, b Abstand
Claims (14)
1. Leistungsschalter mit mindestens einer mit einem
isolierenden Medium gefüllten, zylindrisch ausgebildeten,
entlang einer zentralen Achse (2) erstreckten, eine
Leistungsstrombahn aufweisenden Löschkammer, mit zwei
feststehenden, auf der zentralen Achse (2) angeordneten,
voneinander in axialer Richtung beabstandeten, in der
Leistungsstrombahn angeordneten Abbrandkontaktanordnungen
(5, 6), mit einem die Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) im
eingeschalteten Zustand elektrisch leitend verbindenden,
beweglichen Überbrückungskontakt, mit einer zwischen den
feststehenden Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) vorgesehenen
Lichtbogenzone (24), mit einer parallel zur
Leistungsstrombahn angeordneten, mit beweglichen
Nennstromkontakten versehenen Nennstrombahn, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß der Überbrückungskontakt im Innern der Abbrandkontaktanordnungen (5, 6), entlang der zentralen Achse (2) erstreckt, angeordnet ist.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß die beweglichen Nennstromkontakte über mindestens ein Hebelgestänge mit dem Überbrückungskontakt verbunden sind, und
- - daß das Hebelgestänge so ausgelegt ist, daß die Nennstromkontakte stets mit einer kleineren Geschwindigkeit als der Überbrückungskontakt beweglich sind.
3. Leistungsschalter mit mindestens einer mit einem
isolierenden Medium gefüllten, zylindrisch ausgebildeten,
entlang einer zentralen Achse (2) erstreckten, eine
Leistungsstrombahn aufweisenden Löschkammer, mit zwei
feststehenden, auf der zentralen Achse (2) angeordneten,
voneinander in axialer Richtung beabstandeten, in der
Leistungsstrombahn angeordneten Abbrandkontaktanordnungen
(5, 6), mit einem die Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) im
eingeschalteten Zustand elektrisch leitend verbindenden,
beweglichen Überbrückungskontakt, mit einer zwischen den
feststehenden Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) vorgesehenen
Lichtbogenzone (24), mit einer parallel zur
Leistungsstrombahn angeordneten, mit beweglichen
Nennstromkontakten versehenen Nennstrombahn, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß die beweglichen Nennstromkontakte über mindestens ein Hebelgestänge mit dem Überbrückungskontakt verbunden sind, und
- - daß das Hebelgestänge so ausgelegt ist, daß die Nennstromkontakte stets mit einer kleineren Geschwindigkeit als der Überbrückungskontakt beweglich sind.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß der Überbrückungskontakt im Innern der Abbrandkontaktanordnungen (5, 6), entlang der zentralen Achse (2) erstreckt, angeordnet ist.
5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Überbrückungskontakt als Schaltstift (3) ausgebildet ist.
6. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß der Schaltstift (3) mit einer Ausschaltgeschwindigkeit im Bereich von 10 m/sec bis 20 m/sec angetrieben ist.
7. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die beweglichen Nennstromkontakte der Nennstrombahn in einem von der Lichtbogenzone (24) vollständig abgetrennten Raum (57) angeordnet sind.
8. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß zwischen den feststehenden Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) eine ringförmig ausgebildete Düsenzone angeordnet ist, welche sich in ein ringförmig ausgebildetes, von einer isolierenden Trennwand (16) begrenztes Speichervolumen (17) öffnet.
9. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) jeweils auf der von der Lichtbogenzone (24) abgewandten Seite Öffnungen (25, 26) aufweisen für eine kontrollierte Abströmung von ionisierten Gasen aus der Lichtbogenzone (24) heraus in jeweils angrenzende Auspuffvolumina (18, 19).
10. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Speichervolumen (17) mit einer das isolierende Medium zusätzlich mit Druck beaufschlagenden, vom Schaltstift (3) betätigten Kolben-Zylinder-Anordnung in Wirkverbindung steht.
11. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Bauelemente der Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) als Gleichteile ausgebildet sind, welche spiegelbildlich zu einer senkrecht zur zentralen Achse (2) angeordneten Symmetrieebene angeordnet sind.
12. Leistungsschalter nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß die Auspuffvolumina (18, 19) jeweils von Wänden begrenzt sind, wobei das erste Auspuffvolumen (18) von einer ersten Gehäusewand (42), einem mit dieser verbundenen ersten Träger (8) und einem Verschlußdeckel (43) eingeschlossen ist, und wobei das zweite Auspuffvolumen (19) von einer zweiten Gehäusewand (46), einem mit dieser verbundenen Träger (13) und einem Deckel (47) eingeschlossen ist, und
- - daß die erste Gehäusewand (42) mittels mindestens eines Isolierrohrs (45) mit der zweiten Gehäusewand (46) verbunden ist, wobei zwischen den beiden Gehäusewänden (42, 46) ein elektrisch isolierender Abstand (b) verbleibt.
13. Leistungsschalter nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß die erste Gehäusewand (42) zusammen mit der zweiten Gehäusewand (46) und Kontaktfingern (56), welche den elektrisch isolierenden Abstand (b) zwischen der ersten (42) und der zweiten Gehäusewand (46) elektrisch leitend überbrücken, die Nennstrombahn des Leistungsschalters bilden, und
- - daß die erste Gehäusewand (42) und die zweite Gehäusewand (46) als Gleichteile ausgebildet sind, welche spiegelbildlich zu einer senkrecht zur zentralen Achse (2) angeordneten Symmetrieebene angeordnet sind.
14. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Abbrandkontaktanordnungen (5, 6) mit mindestens einer Blasspule (30, 31) versehen sind.
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DE19613568A DE19613568A1 (de) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | Leistungsschalter |
DE59712446T DE59712446D1 (de) | 1996-04-04 | 1997-03-03 | Leistungsschalter |
EP03015962A EP1359597B1 (de) | 1996-04-04 | 1997-03-03 | Leistungsschalter |
EP97810118A EP0800191B1 (de) | 1996-04-04 | 1997-03-03 | Leistungsschalter |
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RU97105392/09A RU2189657C2 (ru) | 1996-04-04 | 1997-04-03 | Силовой выключатель |
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KR1019970012422A KR100434927B1 (ko) | 1996-04-04 | 1997-04-03 | 전력차단기 |
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DE19613568A Withdrawn DE19613568A1 (de) | 1996-04-04 | 1996-04-04 | Leistungsschalter |
DE59712446T Expired - Lifetime DE59712446D1 (de) | 1996-04-04 | 1997-03-03 | Leistungsschalter |
DE59711587T Expired - Lifetime DE59711587D1 (de) | 1996-04-04 | 1997-03-03 | Leistungsschalter |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE59712446T Expired - Lifetime DE59712446D1 (de) | 1996-04-04 | 1997-03-03 | Leistungsschalter |
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EP (2) | EP0800191B1 (de) |
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