DE2125721A1 - Druckgasschalter für Hochspannung mit mehreren Schaltkammern - Google Patents

Description

Π) Γ F \A/öt"7ol I Un$er Zeichen bltt· angeben

η Γι ex 8/11(233/71)

Dipl.-Ing. ETergau

Patentanwälte

Nürnberg, den 24.Mai 1971

Merlin Gerin, Grenoble (Frankreich)

Druckgasschalter für Hochspannung mit mehreren Schaltkammern.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter für Hochspannung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Lichtbogenlöschkammern, deren aus Isolierstoff bestehende, im allgemeinen zylindrische Gehäuse so hintereinander angeordnet sind, daß sie eine gemeinsame Mittelachse haben, wobei das Gehäuse einer jeden Kammer mit Druckgas gefüllt ist und ein längliches Kontaktpaar aufweist, das in Richtung einer Mittelachse getrennt werden kann.

Die Entwicklung gekapselter Anlagen, in denen elektrische Geräte im Innern von geerdeten metallischen Behältern angeordnet sind, erlaubte es, den Raumbedarf von Schaltstellen zu reduzieren und die Sicherheit zu vergrößern, da die unter Spannung stehenden Teile nicht direkt zugänglich sind. Andererseits erlaubt die Anordnung von Lichtbogenlöschkammern eines Schalters in dichten Behältern ebenfalls, besondere dielektrische Gase, wie z.B. Schwefelhexafluorid, zu ver wenden, die eine größere dielektrische Festigkeit als Luft aufweisen und gewisse solche Gase haben ebenfalls beacht-

109849/1379

liehe Lichtbogenlöscheigenschaften, die eine beträchtliche Vergrößerung der Abschaltleistung von Schaltern ermöglichen. Die Verwendung geerdeter metallischer Behälter, in denen die Löschkammern angeordnet sind, erlaubt die Rückgewinnung des Druckgases, das zur Lichtbogenlöschung in den Kammern verwendet wird, was vorteilhaft und im übrigen oft aus Gründen der Giftigkeit und der Herstellungskosten des Gases notwendig ist. Allerdings bestimmt im allgemeinen.Falle von Hochspannungsschaltern mit mehreren Löschkammern die Hintereinanderanordnung von üblichen Kammern, in denen die Kontaktstücke in der Mittelachse der Kammern angeordnet sind, die Gesamtlänge der gekapselten Gehäuse und folglich einen Raumbedarf außerhalb aller der Stellen, die man bisher als zu aufwendig hinsichtlich des Installationspreises einerseits und des durch die Installation eingenommenen Raumes, insbesondere in den Stadtzentren, andererseits angesehen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckgasschalter für Hochspannung mit mehreren Kammern zu schaffen, insbesondere einen gekapselten Schalter, dessen Raumbedarf wesentlich reduziert ist und der die gleiche Leistungsfähigkeit wie die üblichen gekapselten Schalter aufweist, bei denen die Gesamtlänge der Kammern gleich oder größer als die Summe der Längen der einzelnen Kammern ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Achsen, auf denen sich die Kontaktstücke der hintereinanderliegenden Löschkammern

109849/1379

bewegen, gegenüber der gemeinsamen Achse der Löschkammergehäuse so versetzt sind, daß eine Verkleinerung der Gesamtlänge der hintereinander angeordneten, miteinander fluchtenden Kammern durch zumindest teilweises übereinandergreifen gewisser Teile der entsprechenden Enden der benachbarten Kammern erreicht wird.

Diese zumindest teilweise übereinandergreifenden Teile können Organe zur Steuerung der Bewegung der Kontaktstücke oder der Blasventile oder der Auslaßventile oder die Ventile selbst sein. Im Falle gekapselter Anlagen umgibt der äußere geerdete metallische Behälter die Löschkammergehäuse vorzugsweise koaxial.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:,
Fig.l einen axialen Schnitt durch einen Pol eines gekapselten Schalters gemäß der Erfindung und

Fig.2 einen axialen Schnitt durch ein pneumatisches Verzögerungsrelais gemäß Fig.l in vergrößerter Darstellung.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen gekapselten Schalter mit paarweise in Reihe geschalteten Löschkammern, aber es ist klar, daß man eine größere Anzahl von in Reihe geschalteten Kammern verwenden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Obwohl die Anwendung der

109849/1379

Erfindung besonders vorteilhaft im Falle eines gekapselten Schalters erscheint, ist andererseits ihre Verwirklichung bei einem nichtgekapselten Schalter, der also keinen äußeren Behälter aufweist, ebenso vorteilhaft.

Der dargestellte Schalter weist einen äußeren zylindrischen geerdeten metallischen Behälter 10 mit zv/ei zylindrischen ψ Rohransätzen 12 und 14 auf, in denen ein Leiter 16 zur Stromzuführung und ein Leiter 18 zur Stromableitung isoliert geführt sind.

Der Behälter 10 wird von einem Sockel 20 getragen, der einen Druckgasbehälter 22, ein schematisch dargestelltes Steuerventil 24 und gegebenenfalls andere Organe zur Steuerung, Kontrolle, Signalisierung usw. enthält, die nicht Gegenstand der Erfindung sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Steuerung der aktiven Teile des Schalters pneumatisch, aber esAst eelbstverstandlich, daß diese Steuerung ebenso hydraulisch, mechanisch, optisch, drahtlos usw. oder kombiniert erfolgen kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Zwei Lichtbogenlöschkammern 26 und 28 sind der Länge nach und koaxial im Behälter 10 übereinander angeordnet. Jede Kammer weist einen zylindrischen Mantel 30 aus isolierendem Material auf, der koaxial zum Behälter 10 liegt, wobei die

109 849/1379

Mittelachse A-A' dem Behälter 10 und den Mänteln 30 gemeinsam ist. Endplatten 32 aus elektrisch leitendem Werkstoff schließen die gegenüberliegenden Enden der Kammern 26 und 28 ab und sind mit den Leitern 16 und 18 verbunden. Jede Platte 32 weist eine Vertiefung 34 auf, die in das Innere der Kammer hineinreicht und ein festes rohrförmiges Kontaktstück 36 unter Zwischenschaltung eines kegelstumpfförmigen Hohlleiters 38 trägt. Ein Ventilteller 40 eines ersten Auslaßventils 42 erlaubt es, wahlweise das Innere des Hohlleiters 38 und des Kontaktstückes 36 mit dem Inneren des Behälters 10 zu verbinden, und eine Führungsstange 44 des Ventiltellers 40 ist mit einem Steuerkolben 46 verbunden, der unter Wirkung einer Druckfeder 48 steht, um das Ventil zu schließen. Infolge einer Öffnung 50 im Ventilkörper 52 kann die wirksame Fläche des Steuerkolbens 46 wahlweise einem erhöhten und einem schwachen Druck ausgesetzt werden, um den Ventilteller 40 zu öffnen und zu schließen. Ein pneumatisches Verzögerungsrelais 54, das im einzelnen in Fig.2 dargestellt ist, erlaubt ein Wiederschließen des Ventiltellers 40 nach einer kurzen Zeit, nachdem eine Steuerrohrleitung 56 unter Druck/gesetzt worden ist, die mit dem Steuerventil 24 verbunden ist, das z.B. von Hand oder elektrisch betätigt werden kann. Das pneumatische Verzögerungsrelais 54 weist einen ersten zylindrischen Körper 58 auf, der einen Steuerkolben 60 enthält, der mit einem Ventilteller 62 mittels einer Stange 6'4 fest verbunden bzw. einstückig ausgebildet ist. Ein Durchgang 66 durchquert den Ventilteller 62,

109849/1379

die Stange 64 und den Steuerkolben 60 vollständig und mündet in den Raum hinter dem Steuerkolben 60. Eine Druckfeder 67 wirkt auf den Steuerkolben 60 ein. Der Ventilteller 62 verschiebt sich in einem zweiten zylindrischen Körper 68, dessen Inneres einerseits mit der Steuerrohrleitung 56 und andererseits durch die Öffnung 50 mit dem Inneren des Ventilkörpers 52 gemäß der Stellung des Ventil tellers 62 verbunden v/erden kann. Der Ventilteller 62 kann eine Öffnung 70 freigeben, die das Innere des Ventilkörpers 52 mit dem Inneren des Behälters 10 verbindet und darauf eine dichte Verbindung zwischen dem Durchgang 66 und der Steuerrohrleitung 56 bewirkt und in seiner entgegengesetzten Stellung diese Steuerrohrleitung mit dem Inneren des Ventilkörpers 52 verbindet.

Eine zweite elektrisch leitende Platte 72 schließt das gegenüberliegende Ende einer jeden Kammer und wird von einer Rohrleitung 74 aus leitendem Material durchsetzt, die die elektrische Kontinuität zwischen den beiden Kammern sichert und die Versorgung der Kammer 28 mit Druckgas aus der Kammer 26 erlaubt, die vom Behälter 22 durch ein isolierendes Rohr 76 versorgt wird.

Jede Platte 72 trägt einen festen Zylinder 78, der einen napfförmigen Steuerkolben 80 enthält, der dazu bestimmt ist, ein bewegliches rohrförmiges Kontaktstück 82 zu bewegen, indem er mit einer Ringschulter 84 des Kontaktstückes 82

109849/1379

zusammenarbeitet. Eine Druckfeder 86 drückt das Kontaktstück 82 in seine Schließstellung, und ein Flansch 88 des Kolbens 80 arbeitet mit einem Durchgang 90 zusammen, den er verschließen kann und der zu einem Raum 92 führt. Ein Ventilteller 94 eines Ventils 95, das zur Steuerung der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes dient, arbeitet mit einer Öffnung 96 in der Platte 72 zusammenfand kann wahlweise außer' und unter Druck infolge eines mit ihm starr verbundenen Steuerkolbens 98 gesetzt werden, der durch den in der Steuerrohrleitung 56 herrschenden Druck gesteuert wird und der durch eine Druckfeder 99 zurückgeholt werden kann.

Die Mittelachse B-B« der rohrförmigen Kontaktstücke 36,82 der Kammer 28 und die Mittelachse C-C der Kontaktstücke 36,82 der Kammer 26 sind zu beiden Seiten der Mittelachse A-A¹ verschoben, um-ein Ubereinandergreifen der Steuerorgane 42,54 der beiden Kammern an ihrer Verbindungsstelle zu erlauben und damit eine Verringerung der Gesamtlänge der beiden Kammern und damit der Höhe des Schalters zu erreichen. Vorteilhafterweise wird der durch die außerhalb der Mittelachse A-A¹ angeordneten Kontaktstücke frei gewordene Raum zur Unterbringung von schematisch dargestellten Kondensatoren 100 verwendet, die eine Rolle bei der Potentialverteilung zwischen den verschiedenen Kamaern spielen. Die Kammern 26 und 28 werden I» Innern des Behälters 10 in einer geeigneten Weise unterstützt, z.B. durch Isolatoren 102.

109849/1379

Es soll nun kurz die Wirkungsweise des Schalters erläutert werden, dessen sämtliche Organe und ihre Funktion bekannt sind, wobei die Erfindung in deren relativer Anordnung zueinander besteht:

Wenn sich der Schalter in seiner in Fig.l dargestellten Schließstellung der Kontaktstücke 36,82 befindet, sind die Kammern 26 und 28 mit Druckgas unter hohem Druck, von z.B. 14 Bar gefüllt, das aus dem Druckgasbehälter 22 geliefert wird. Der dichte Behälter 10, der die Kammern umgibt, steht dann unter einem geringeren Druck, von z.B. 3 Bar. Ein nicht dargestellter Kompressor entnimmt das Gas niedrigen Druckes dem Behälter 10 und komprimiert es im Druckgasbehälter 22 in bekannter Weise zu einem Druckgas hoheji Druckes. Dieser geschlossene Stromkreis des Gases, der über den Kompressor verläuft, der mittels Manostaten mit Temperaturkompensation gesteuert werden kann, hat die oben erwähnten Vorteile, denen man nah den Vorteil der Unmöglichkeit der Einführung atmosphärischer Feuchtigkeit in den unabhängigen Stromkreis hinzufügen könnte.

Die Ventile 42,95 und Relais 54 befinden sich in ihrer dargestellten Stellung unter Wirkung ihrer Rückstellfedern 48,67 und 99. Je nach der Stellung des Steuerventils 24 befindet sich die Steuerrohrleitung 56 außeb Druck oder unter niedrigem Druck.

109849/1379

Der Strom durchfließt den geschlossenen Schalter in folgender Weise: Leiter 16, Platte 32, Hohlleiter 38, festes Kontakt stück 36, bewegliches Kontaktstück 82, Zylinder 78, Platte 72 (alle diese Organe gehören zur Schaltkammer 28), Rohr 74, Kammer 26 (d.h. Platte 72, Zylinder 78, Kontaktstück 82 und 36, Hohlleiter 38, Platte 32), Leiter 18.

Um den Schalter zu öffnen und den Strom zu unterbrechen, wird das Steuerventil 24 betätigt, das die Steuerrohrleitung 56 unter Hochdruck setzt.' Daraus ergibt sich die Öffnung der Kontaktstücke 8?, wobei ein Lichtbogen entsteht, und die kurzzeitige Öffnung der Ventilteller 40, die einerseits eine vorübergehende Verbindung zwischen dem Inneren der rohrförmigen Kontaktstücke 36 und 82 und andererseits dem Inneren des Niederdruckbehälters 10 herstellen. Das in den Kammern 26 und 28 befindliche Druckgas strömt in die geöffneten Kontaktstücke 36 und 82, um den Lichtbogen intensiv zu beblasen und ihn beim Entweichen in den Behälter 10 auszulöschen. Darauf schließen sich die Ventilteller 40, um den Druck in den Kammern 26 und 28 aufrechtzuerhalten·» Das vom Behälter 10 aufgenommene Gas erhöht leicht den Druck in diesem Behälter, und der Kompressor bewirkt natürlich die Wiederherstellung des ursprünglichen Druckes während des nachfolgenden Betriebes.

Im folgenden wird die Steuerung der beweglichen Kontaktstücke und der Auslaßventile beschrieben:

109849/137 9

Die Unterdrucksetzung der Steuerrohrleitung 56, die so lange aufrechterhalten wird, wie der Schalter offen bleiben muß, bewirkt die Unterdrucksetzung der Kolben 98 der Ventile 95 sowie die Schließung der Ventilteller 94, welche die Öffnungen 96 verschließen und einen Weg frei machen, um die Räume 92 mit dem Niederdruck des Behälters 10 zu verbinden. Die hinter den Kolben 80 liegenden Räume werden nun in der Weise unter Miederdruck gesetzt, daß sich diese Kolben, deren gegenüberliegende Flächen dem Hochdruck der Kammern 26 und 28 ausgesetzt sind, verschieben und an den Ringschultern 84 zum Anschlag kommen und die beweglichen Kontaktstücke 82 öffnen. Am Ende der Bewegung verschließen die Flansche 88 der Kolben 80 die Durchgänge 90.

Gleichzeitig bewirkt die Unterdrucksetzung der Kolben 46 der Ventile 42 die öffnung der Ventilteller 40. Das Druckgas der Steuerleitung 56 beginnt, in die kalibrierten Durchgänge 66 einzudringen, und der Druck hinter den Kolben 60 beginnt, verhältnismäßig langsam anzusteigen. Wenn dieser Druck eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, verschieben sich plötzlich die Ventilteller 62, um eine dichte Verbindung zwischen der Steuerrohrleitung 56 und dem Durchgang 66 herzustellen (was in gewisser Weise die automatische Versorgung des Relais 54 mit Druckgas gestattet) und um die Öffnung 70 freizugeben» wodurch der Kolben 46 durch die Öffnung 50 dem Niederdruck des Behälters 10 ausgesetzt wird. Daraus ergibt sich ein Wiederschließen

109 849/137 9

der Ventilteller 40 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit, um die Löschung der Lichtbogen unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen zu erlauben.

Um den Scheiter wieder zu schließen, wird das Steuerventil betätigt, das die Steuerrohrleitung 56 unter Niederdruck setzt. Die Ventile 95 öffnen sich unter Wirkung der Federn 99 und lassen den Hochdruck hinter den Kolben 80 in der Weise entstehen, daß diese wieder ihre Ursprungsstellung einnehmen und unter der Wirkung der Federn 86 die Schließung der beweglichen Kontaktstücke 82 ermöglichen.

Zur gleichen Zeit erlaubt es der in den Durchgängen 66 erzeugte Unterdruck den Federn 67, die Ventilteller 62 in ihre ursprüngliche Stellung zu bewegen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ä die Aufgabe der Erfindung durch eine Versetzung der Mittelachsen B-B* und C-C der Kontaktstücke der Kammern 28 und 26 in bezug auf die Mittelachse A-A* der Kammern in Verbindung mit dem ÜbeJEÄ-nandergreifen der pneumatischen Organe 42,54 und 95 der Kammern gelöst. Es ist klar, daß diese Aufgabe auch durch Übereinandergreifen anderer Organe der den Kontaktstücken zugeordneten Enden der entsprechenden Kammern gemäß der besonderen Konstruktion der Schalter gelöst werden kann.

109849/1379

Andererseits kann man eine andere Anordnung der Mittelachsen B-B¹ und C-C vorsehen, indem man sie z.B. pafcallel im Zickzack, geneigt in bezug auf die Mittelachse A-A¹ anordnet.

Jeder Kondensator 100 kann durch einen Dämpfungswiderstand ersetzt werden, der das Ausschalten erleichtert und mit einem Hilfsschalter zum Ein- und Ausschalten des Widerstandes zusammenarbeitet. - --

109849/1379

Claims (7)

1. - 13 Patentansprüche:

   1·J Druckgasschalter für Hochspannung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Lichtbogenlöschkammern, deren aus Isolierstoff bestehende, im allgemeinen zylindrische Gehäuse mit einer gemeinsamen Mittelachse hintereinander angeordnet sind, wobei das Gehäuse einer jeden Kammer mit Druckgas gefüllt ist und ein längliches Kontaktpaar aufweist, das in Richtung einer Mittelachse getrennt werden kann* dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen, auf denen sich die Kontaktstücke der hintereinander liegenden Löschkammern bewegen, gegenüber der gemeinsamen Achse der Löschkammergehäuse so versetzt sind, daß eine Verkleinerung der Gesamtlänge der hintereinander angeordneten Kammern durch zumindest teilweises Übereinandergreifen gewisser Teile der entsprechenden Enden der benachbarten Kammern möglich ist·
2. 2. Schalter mach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinandergreifenden Organe Organe, zur Steuerung der Bewegung der Kontaktstücke sind.
3. 3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinandergreifenden Organe Auslaßventile sind·
4. 4. Schalter nach Anspruch 1 mit einem geshlossenen Druckgas stromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse der Kam-

   10984971379

   mern in an sich bekannter Weise in einem zylindrischen, koaxialen Niederdruckbehälter angeordnet sind.
5. 5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator zur Potential verteilung in jeder Lö schic ammer neben dem Kontaktstückpaar angeordnet ist.
6. W 6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kammer ein HiIfsabschaltwiderstand neben dem Kontaktstückpaar angeordnet ist»
7. 7. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen, auf denen die Bewegung der Kontaktstücke erfolgt, zu beiden Seiten der gemeinsamen Achse und parallel zu dieser verschoben sind.

   109I4I/1J7I