DE19702822C1 - Hochspannungs-Leistungsschalter mit einer Feldelektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungs-Leistungs­ schalter mit zwei entlang der Schalterlängsachse gegeneinan­ der bewegbaren Lichtbogenkontaktstücken, von denen wenigstens ein erstes mittels eines Schalterantriebs antreibbar ist und mit einer Feldelektrode, die im Ausschaltzustand des Leistungsschalters dem ersten Lichtbogenkontaktstück gegen­ überliegt und das zweite Lichtbogenkontaktstück umgibt, die sich während des Ausschaltvorganges in die Ausschaltstellung bewegt und die im Einschaltzustand hinter ihre im Aus­ schaltzustand eingenommene Stellung zurückgezogen ist.

Ein derartiger Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispiels­ weise aus der DE-OS 42 17 232 bekannt. Bei dem dort beschrie­ benen Hochspannungs-Leistungsschalter ist einer der Böden des Kompressionszylinders als Feldelektrode ausgebildet, die im Ausschaltzustand auf der dem Antrieb gegenüberliegenden Seite des Lichtbogenraumes stehen bleibt. Bei dem bekannten Schal­ ter überbrückt der aus einem Isolierstoff bestehende Kompres­ sionszylinder im Ausschaltzustand die Trennstrecke. Die Bewe­ gung der Feldelektrode ist durch ihre feste Verbindung mit dem antreibbaren Schaltstück unveränderbar festgelegt.

Aus der DE-OS 21 40 284 ist ein Hochspannungs-Leistungsschal­ ter bekannt, bei dem ebenfalls auf der dem Antrieb gegenüber­ liegenden Seite der Trennstrecke eine Feldelektrode vorgese­ hen ist, die dort während des Ausschaltvorganges durch eine Feder angetrieben und beim Einschaltvorgang durch eine Iso­ lierstoffdüse unter Spannung der Feder zurückgedrückt wird.

Bei dieser Konstruktion ist die Bewegung der Feldelektrode durch die Stärke der Feder sowie Reibungseinflüsse und sonstige Unregelmäßigkeiten bestimmt. Beispielsweise könnte die Feldelektrode sich an dem Lichtbogenstück, das sie umgibt, verkanten und stehenbleiben.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, bei einem Hochspannungs-Leistungsschalter der ein­ gangs genannten Art die Feldelektrode zuverlässig und kon­ trollierbar anzutreiben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Getriebe, mittels dessen die Feldelektrode antreibbar ist, mit einer ersten, an den Schalterantrieb angekoppelten und in Richtung der Schalterlängsachse verlaufenden, antreibbaren Stange, an der ein Hebel schwenkbar befestigt ist, mit einem an den schwenkbaren Teil des Hebels befestigten und dessen Schwenk­ ebene durchsetzenden Stift, an den die Feldelektrode ange­ koppelt ist und mit einer Kulissenführung, in der der Stift bei der Ausschaltbewegung gleitet, wobei die Kulissenführung derart gestaltet ist, daß ein erster Teil der Kulissenführung annähernd parallel zur Längsrichtung der ersten Stange verläuft und daß ein zweiter Teil der Kulissenführung ein Ausweichen des Stiftes senkrecht zur Schalterlängsachse er­ laubt.

Durch das Getriebe ist die Feldelektrode separat und getrennt von dem antreibbaren Lichtbogenkontaktstück bewegbar, so daß die Geschwindigkeit und der Weg der Feldelektrode unter­ schiedlich von der des Lichtbogenkontaktstückes sein kann und für den Verlauf einer Schaltbewegung gezielt in Form eines Geschwindigkeitsprofils vorgebbar ist.

Das Getriebe weist eine erste Stange auf, die in ihrer Längs­ richtung, die parallel zur Schalterlängsachse verläuft, mit­ tels des Schalterantriebs antreibbar ist. Ein Hebel ist an der ersten Stange schwenkbar gelagert und an dem Schwenkarm des Hebels ist ein Stift befestigt, dessen Längsachse vor­ zugsweise senkrecht zu der Schwenkebene des Hebels ausgerich­ tet ist. Der Stift läuft in einer ortsfesten Kulissenführung, die in einem ersten Teil annähernd parallel zur Längsrichtung der ersten Stange verläuft. In diesem Bereich wird während der Bewegung der Stange der Stift entlang der Kulissenführung bewegt, ohne daß der Hebel ausschwenkt. Erst in dem zweiten Teil der Kulissenführung, die ein Ausweichen des Stiftes senkrecht zu der Längsrichtung, in der die Stange bewegt wird, erlaubt, schwenkt der Hebel aus, und der Stift bewegt sich zumindest mit einer Bewegungskomponente senkrecht zur Längsrichtung der Stange. Hierdurch ist die Bewegungskompo­ nente des Stiftes parallel zu der Längsrichtung der Stange (Schalterlängsachse) verlangsamt und kommt schließlich zum Stillstand, wobei der Hebel weiter durchschwenkt und der Stift sich nur noch senkrecht zur Längsrichtung bewegt.

Da die Feldelektrode an den Stift angekoppelt und durch die­ sen antreibbar ist, ist in dieser letzten Phase der Bewegung die Geschwindigkeit der Feldelektrode in Richtung parallel zur Längsrichtung der Stange verringert bis zum Stillstand.

Auf diese Weise läßt sich mittels der Kulissenführung eine Bewegung der Feldelektrode erzeugen, die gleichsinnig mit der Bewegung der Antriebsstange, jedoch mit anderer Geschwindig­ keit und variablem Übersetzungsverhältnis erfolgt. Dies geht soweit, daß der Stift und mit ihm die Feldelektrode sich in Längsrichtung nicht weiterbewegt, während die erste Stange weiter bewegt wird.

Hierdurch wird erreicht, daß die Feldelektrode beispielsweise bei der Ausschaltung mit dem antreibbaren Lichtbogenkontakt­ stück zu Beginn der Bewegung mitbewegt, jedoch vor Ende der Bewegung des antreibbaren Lichtbogenkontaktstückes gestoppt werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der gekrümmte zweite Teil der Kulissenführung einen ersten, dem ersten Teil benachbarten in Richtung des ersten Teils verlaufenden Endbereich und einen zweiten, annähernd senk­ recht zum ersten Teil verlaufenden Endbereich aufweist.

Diese Ausgestaltung der Kulissenführung ermöglicht eine Bewe­ gung der Feldelektrode mit derselben Geschwindigkeit wie die erste Stange, solange sich der Stift im ersten Teil der Ku­ lissenführung befindet und eine Verzögerung der Bewegung der Feldelektrode, während sich der Stift in dem zweiten Teil der Kulissenführung befindet.

Die Erfindung kann außerdem vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, daß der zweite Teil der Kulissenführung dem antreib­ baren Lichtbogenkontaktstück zugewandt ist.

Hierdurch wird erreicht, daß bei einer Zugbewegung der ersten Stange während des Ausschaltens des Leistungsschalters der Stift zum Ende der Ausschaltbewegung hin in dem zweiten Teil der Kulissenführung bewegt wird, so daß dann die Geschwindig­ keit der Feldelektrode bis zum Stillstand abnimmt.

Vorteilhaft kann die Erfindung auch dadurch ausgestaltet wer­ den, daß die Feldelektrode mit einer Traverse verbunden ist, die in Richtung der Schalterlängsachse verschiebbar geführt ist und die durch den Stift antreibbar ist.

Der Antrieb der Feldelektrode ist durch eine Traverse reali­ siert, die ihrerseits durch den Stift in Längsrichtung der ersten Stange antreibbar ist. Die Traverse verläuft senkrecht zur Längsrichtung der ersten Stange und weist eine Anlageflä­ che auf, auf die der Stift während der Schaltbewegung Druck ausübt.

Vorteilhaft wird die Erfindung dadurch gestaltet, daß die Traverse zur Aufnahme des Stiftes einen Schlitz aufweist, der senkrecht zur Schalterlängsachse verläuft.

Ein solcher Schlitz läßt die notwendigen Bewegungen des Stif­ tes senkrecht zur Schalterlängsachse zu.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Traverse zur Aufnahme des Stiftes einen Schlitz aufweist, der senkrecht zur Schalterlängsachse verläuft.

Das erfindungsgemäße Getriebe kann so auf der dem Antrieb ge­ genüberliegenden Seite des Hochspannungs-Leistungsschalters, von dem ersten Lichtbogenkontaktstück aus gesehen hinter der Feldelektrode angeordnet werden, so daß das Getriebe dielek­ trisch durch die in dem Bereich zwischen den Lichtbogenkon­ taktstücken herrschende Feldstärke nicht belastet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung ge­ zeigt und anschließend beschrieben.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine Unterbrechereinheit eines Hochspannungs-Lei­ stungsschalters schematisch in einem Längsschnitt, Fig. 2a, 2b einen Teil des Getriebes in zwei verschiedenen Stellungen.

Die in der Figur dargestellte Unterbrechereinheit weist im oberen Teil ein feststehendes Lichtbogenkontaktstück 1 sowie ein feststehendes Dauerstromkontaktstück 2 auf, denen ein an­ treibbares Lichtbogenkontaktstück 3 und ein antreibbares Dau­ erstromkontaktstück 4 gegenüberstehen. Im linken Halbschnitt ist der Einschaltzustand dargestellt, in dem das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 3 das feststehende, stiftförmige Lichtbogenkontaktstück 1 umgreift und das antreibbare Dauer­ stromkontaktstück 4 in das feststehende Dauerstromkontakt­ stück 2 eingefahren ist. Der rechte Halbschnitt zeigt die Ausschaltstellung, in der die Lichtbogenkontakte durch eine Trennstrecke voneinander getrennt sind.

Das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 3 ist von einer Iso­ lierdüse 5 umgeben, die fest mit den antreibbaren Kontakt­ stücken des Schalters verbunden ist und deren Düsenengstelle 6 einen Durchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des feststehenden Lichtbogenkontaktstückes 1 entspricht. Die Iso­ lierdüse 5 weist einen Kanal 7 auf, durch den im Falle eines zwischen den Lichtbogenkontakten gezogenen Lichtbogens heißes Löschgas in einen Heizraum 8 strömen kann, in dem es für eine nachfolgende Beblasung des Lichtbogens während des Stromnull­ durchganges des zu schaltenden Stromes bereitgestellt wird.

Dem Heizraum 8 ist ein Kompressionsraum 9 nachgeordnet, in dem im Zuge einer Ausschaltbewegung durch den mit angetriebe­ nen Kompressionskolben 10 innerhalb des feststehenden Kom­ pressionszylinders 11 Löschgas, beispielsweise SF₆, kompri­ miert wird. Sobald der Löschgasdruck im Kompressionsraum 9 höher ist als im Heizraum 8, strömt durch das Rückschlagven­ til 12 Löschgas in den Heizraum. Ansonsten wird eine Strömung vom Heizraum 8 in den Kompressionsraum 9 gesperrt, um den An­ trieb nicht durch einen überhöhten Druck im Kompressionsraum zu belasten.

Die Dauerstromkontaktstücke 2, 4 sind von feststehenden Ab­ schirmelektroden 13, 14 umgeben, die im Ausschaltfall das elektrische Feld zwischen den Kontakten vergleichmäßigen sol­ len. Außerdem ist eine bewegliche Feldelektrode 15 vorgese­ hen, die im rechten Halbschnitt in der Einschaltstellung, links in der Ausschaltstellung gezeigt ist.

Der Schalterantrieb, in der Figur nicht dargestellt ist, greift an dem Schaltrohr 16 an, das den antreibbaren Lichtbo­ genkontakt 3 trägt. Gemeinsam mit dem antreibbaren Lichtbo­ genkontaktstück 3 wird sowohl die Düse als auch die Kompres­ sionseinrichtung bewegt. Beim Ausschalten wird hierdurch das antreibbare Lichtbogenkontaktstück 3 und das antreibbare Dauerstromkontaktstück 4 von dem jeweiligen Gegenkontakt ge­ löst und die Isolierdüse wird soweit bewegt, bis die Dü­ senengstelle von dem feststehenden Lichtbogenkontaktstück 1 freigegeben wird. Danach kann das Löschgas aus dem Lichtbo­ genbereich an dem feststehenden Lichtbogenkontaktstück 1 vor­ bei und nach oben in andere Bereiche des Schaltgefäßes ab­ strömen. Das freie Ende 17 der Isolierdüse ist mit einer er­ sten Stange 18 verbunden, beispielsweise mittels eines an dem Düsenende befestigten und dieses umgreifenden Ringes. An dem freien Ende der ersten Stange 18 ist in einem Gelenkpunkt 19 ein Hebel 20 schwenkbar gelagert, der an seinem schwenkbaren Ende einen Stift 21 trägt. Die Längsachse dieses Stiftes steht senkrecht zur Zeichenebene bzw. zur Schwenkebene des Hebels 20. In Blickrichtung vor und hinter dem Hebel 20 ist jeweils ein Blech 22 angeordnet, wobei in den Blechen 22 je­ weils zwei miteinander fluchtende Kulissenführungen 23 in Form von eingefrästen Schlitzen vorgesehen sind. In diesen Kulissenführungen 23 bewegt sich ein Stift 21 während der Bewegung der ersten Stange 18. Die Ausgestaltung ist symme­ trisch, so daß zu jeder der Kulissenführungen eine erste Stange 18 bzw. ein Hebel 20 und ein Stift 21 gehört. Die sym­ metrische Ausbildung ist nicht unbedingt notwendig, jedoch wird hierdurch die Gefahr von Verkantungen verringert. Durch die Ausgestaltung jeder Kulissenführung in Form von zwei Blechen 22, die beiderseits der Längsachse des Schalters parallel zu dieser angeordnet sind, wird die Abströmung von Löschgas in dieser Axialrichtung nicht behindert. Es ist so­ mit auch keine Korrosion dieser Einrichtung bzw. des Getrie­ bes durch den Einfluß heißer Löschgase zu befürchten.

Bei einer Ausschaltbewegung wird die erste Stange 18 in Rich­ tung des Pfeiles 24 beschleunigt. Da in diesem ersten Teil 29 (Fig. 1, linker Halbschnitt) die Kulissenführung 23 parallel zur Längsrichtung der ersten Stange 18 verläuft, ändert sich der Winkel zwischen dem Hebel 20 und der ersten Stange 18 zu­ nächst nicht, d. h. der Stift 21 bewegt sich mit gleicher Ge­ schwindigkeit wie die erste Stange 18 bis zum ersten Endbe­ reich 30 des zweiten Teils 32 (vgl. auch Fig. 2a).

Sobald der Stift 21 in den gekrümmten zweiten Teil 32 der Ku­ lissenführung 23 gelangt, schwenkt der Hebel 20 entgegen dem Uhrzeigersinn weiter aus und der Stift 21 bewegt sich radial von der ersten Stange 18 weg. Die Geschwindigkeit des Stiftes 21 in Richtung parallel zur Bewegung der ersten Stange 18 nimmt ab, solange bis der Stift im Endbereich 31 des zweiten Teils 32 sich nur noch horizontal bewegt und der Hebel 20 eine annähernd horizontale Stellung einnimmt. Am Ende dieses Bereiches (Resthubs) ist die Bewegung der ersten Stange be­ endet und der Schalter befindet sich in der Ausschaltstel­ lung.

Der Stift 21 betätigt während dieser Bewegung, die zu Beginn mit derselben Geschwindigkeit wie der ersten Stange 18 statt­ findet und später verzögert wird, eine Traverse 26, die zu diesem Zweck einen Schlitz 27 aufweist, in dem der Stift 21 eine horizontale Bewegung relativ zur Traverse ausführen kann.

Mit der Traverse 26 ist die zweite Stange 28 bzw. ein Paar von zwei Stangen verbunden, an deren unterem Ende die Feldelektrode 15 befestigt ist.

Das beschriebene Getriebe bewirkt, daß sich während der Aus­ schaltbewegung die Feldelektrode 15 zunächst mit gleicher Ge­ schwindigkeit wie die Kontaktstücke zur Trennstrecke hin bzw. zum Lichtbogenraum 33 bewegt. Der Weg den die Feldelektrode 15 zurücklegt ist jedoch nicht so groß wie der Weg der Kon­ taktstücke und die Feldelektrode 15 bleibt, wie in Fig. 1, rechter Halbschnitt gezeigt, in einer Stellung stehen, in der sie gemeinsam mit der Abschirmelektrode 14 und dem festste­ henden Lichtbogenkontaktstück 1 eine optimale Feldkontur er­ zeugt. Diese Elektrodenstellung wird vor Hubende erreicht, so daß die optimale Abschirmung während des Resthubs, d. h. wäh­ rend der Lichtbogenlöschung erreicht ist.

Die Notwendigkeit eines Getriebes der beschriebenen Art er­ gibt sich daraus, daß die Feldelektrode im Einschaltzustand genügend weit ausweichen muß (vgl. Fig. 1, linker Halb­ schnitt), um der Isolierdüse 5 genügend Platz zu lassen, daß sie jedoch bereits bei Löschbeginn die optimale Stellung ein­ genommen haben muß, um die Lichtbogenlöschung zu gewährlei­ sten.

Beim Einschaltvorgang werden die beschriebenen Phasen in um­ gekehrter Reihenfolge durchlaufen. Die Feldelektrode bewegt sich zunächst langsam und zum Ende der Einschaltbewegung hin schneller. Sie wird dabei "weich" beschleunigt, damit Kraft­ spitzen vermieden werden.

Durch die beschriebene Erfindung ist gewährleistet, daß die Feldelektrode durch eine Zwangssteuerung in jeder Phase der Schaltbewegung die für die dielektrischen Bedingungen gün­ stigste Position einnimmt.

Der beschriebene Schalter ist symmetrisch aufgebaut mit glei­ chen Teilen in beiden dargestellten Hälften der Fig. 1. Dies dient der Funktionssicherheit und der Symmetrie der Kraftwir­ kungen (gegen Verkanten und Querkräfte), grundsätzlich ist jedoch auch eine nur einseitige Ausbildung des Getriebes mög­ lich.

Claims (6)

1. Hochspannungs-Leistungsschalter mit zwei entlang der Schalterlängsachse gegeneinander bewegbaren Lichtbogenkon­ taktstücken (1, 3), von denen wenigstens ein erstes (3) mit­ tels eines Schalterantriebs antreibbar ist und mit einer Feldelektrode (15), die im Ausschaltzustand des Leistungs­ schalters dem ersten Lichtbogenkontaktstück (3) gegenüber­ liegt und das zweite Lichtbogenkontaktstück (1) umgibt, die sich während des Ausschaltvorganges in die Ausschaltstellung bewegt und die im Einschaltzustand hinter ihre im Ausschalt­ zustand eingenommene Stellung zurückgezogen ist, gekennzeichnet durch ein Getriebe, mittels dessen die Feldelektrode (15) antreib­ bar ist, mit einer ersten, an den Schalterantrieb angekoppel­ ten und in Richtung der Schalterlängsachse verlaufenden, an­ treibbaren Stange (18), an der ein Hebel (20) schwenkbar be­ festigt ist, mit einem an dem schwenkbaren Teil des Hebels (20) befestigten und dessen Schwenkebene durchsetzenden Stift (21), an den die Feldelektrode (15) angekoppelt ist und mit einer Kulissenführung (23), in der der Stift (21) bei der Ausschaltbewegung gleitet, wobei die Kulissenführung (23) derart gestaltet ist, daß ein erster Teil (29) der Kulissen­ führung (23) annähernd parallel zur Längsrichtung der ersten Stange (18) verläuft und daß ein zweiter Teil (21) der Kulis­ senführung (23) ein Ausweichen des Stiftes (21) senkrecht zur Schalterlängsachse erlaubt.

2. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte zweite Teil (32) der Kulissenführung einen er­ sten, dem ersten Teil (29) benachbarten, in Richtung des er­ sten Teils (29) verlaufenden Endbereich (30) und einen zwei­ ten, annähernd senkrecht zum ersten Teil (29) verlaufenden Endbereich (31) aufweist.

3. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (21) der Kulissenführung (23) dem antreibba­ ren Lichtbogenkontaktstück (3) zugewandt ist.

4. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldelektrode (15) mit einer Traverse (26) verbunden ist, die in Richtung der Schalterlängsachse verschiebbar geführt ist und die durch den Stift (21) antreibbar ist.

5. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Traverse (26) zur Aufnahme des Stiftes (21) einen Schlitz (27) aufweist, der senkrecht zur Schalterlängsachse verläuft.

6. Hochspannungs-Leistungsschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (15) mittels wenigstens einer parallel zu der ersten Stange (18) verlaufenden zweiten Stange (28) mit der Traverse (26) verbunden ist.