DE2215421A1

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Publication number: DE2215421A1
Application number: DE19722215421
Authority: DE
Priority date: 1971-04-29
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1972-11-02
Also published as: GB1351893A; DE7212043U; JPS5313252U; CA940985A; JPS5352051Y2; US3670123A

Description

8717-72/Dr.V.B/Ro. -^¹

3082-1 West Germany

US-Ser.No. 138,562

Filed: April 29, 1971 .

Joslyn MFG. and Supply Co. 155 North Wacker Drive, Chicago, 111., V.St.A.

Hochspannungsschalter

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Hochspannungsschalter. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet sind Hochspannungsschalter, die Erfindung läßt sich jedoch auch bei Schaltern anwenden, die ein flüssiges oder gasförmiges Isoliermedium (z.B. öl oder ein anderes Gas als Luft) enthalten.

Die bekannten Hochspannungsschalter, die sich zur Unterbrechung hoher Ströme (z.B. über 100 A) bei hohen Effektivspannungen (z.B. über 1 kV) eignen, sind zweipolige Geräte, wenn es auch unbrauchbare Ausnahmen geben mag. Die bekannten zweipoligen Hochspannungsschalter haben für jedes Paar trennbarer Kontaktstücke ein eigenes Gehäuse, das gewöhnlich aus Isoliermaterial besteht. Das aus Isoliermaterial bestehende, gegebenenfalls evakuierte Gehäuse enthält normalerweise eine Abschirmung zur Kondensation von Metalldämpfen, und eines der Kontaktstücke kann über einen Balgen bewegt werden. Diese bekannten Schalter lassen sich nur schwierig so einschließen» daß sie gegen schädliche Umgebungseinflüsse, Verschmutzung, Benetzung durch Regen geschützt sind und unter Wasser betrieben werden können.

Es sind zwar schon Vakuumschalter mit "kaltem" Gehäuse, d.h. mit einem Gehäuse, das eine auf Massepotential liegende Oberfläche hat, bekannt. Diese Schalter haben sich jedoch nicht

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bewährt, vor allem weil während des Abschaltvorganges ein Stromfluß nach Masse auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfachen und preiswerten Hochspannungsschalter anzugeben, der die oben geschilderten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 unter Schutz gestellten Schalter gelöst.

Die Unteransprüche betreffen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindungsgedanke wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispieles eines Hochspannungsschalters gemäß der Erfindung, das drei Anschlüsse sowie einen gemeinsamen Schaltungspunkt enthält und als Dreiwegschalter bezeichnet werden kann;

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines Vakuumschalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im wesentlichen dem Schaltbild gemäß Fig. 1 entspricht;

Fig. 3 ein Schaltbild eines eine Leiterschleife enthaltenden Stromkreises, in dem Schalter gemäß der Erfindung mit Vorteil verwendbar sind;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Stromversorgungssystems, z.B. für ein Krankenhaus, bei dem der oder die Verbraucher wahlweise an eine bevorzugte Stromquelle, z.B. das örtliche Wechselstromnetz, und eine Notstromquelle angeschlossen werden können, und

Fig. 5 einen Querschnitt in einer Ebene 5-5 der Fig. 2.

In Fig. 1 stellt der strichpunktierte Block 46 den Umriß eines Dreiwegschalters dar, der drei Anschlußklemmen 1, 2 und 3 hat. Im Inneren des Schalters befindet sich eine Innenklenee 4. Der Schalter enthält drei Schaltstrecken, deren stationäre Kontaktstücke den Anschlußklemmen 1,2 bzw. 3 zugeordnet sind und

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deren bewegliche Kontaktstücke mit lib, lic bzw. 11a bezeichnet sind. Wenn sich alle beweglichen Kontaktstücke in der öffnungs-.stellung befinden, ist die Innenklemme 4 isoliert, d.h. von den äußeren Anschlüssen elektrisch getrennt.

In Fig. 2 ist ein Schalter des in Fig. 1 dargestellten Typs genauer dargestellt, wobei entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die beweglichen Kontaktstücke 11a, b und c arbeiten mit einer gemeinsamen Taumelplatte 4 zusammen, die die innenklemme bildet. Die Anordnung ähnelt einem dreifüßigen Schemel, der auf dem Kopf steht; der ganze Schalter kann jedoch auch um einen beliebigen Winkel gekippt und in beliebiger Lage betrieben werden, z.B. mit nach unten weisenden Anschlußklemmen 1, 2 und 3, so daß diese gegen Regen geschützt sind^

Zur Betätigung der beweglichen Kontaktstücke sind Betätigungsstangen 21 vorgesehen, die sich durch untere, geerdete Führungen 22 erstrecken und jeweils durch einen eigenen Balgen abgedichtet sind, der aus einem federnden Metall oder einem anderen geeigneten Werkstoff besteht.

Die Betätigungsstangen wirken jeweils über einen Abschnitt 24 aus Isoliermaterial mit einem oberen, stabförmigen Teil 25 zur Bewegung der zugehörigen Kontaktstücke 11a, b bzw. c zusammen. Das obere Ende des jeweiligen Balgens 23 macht die Bewegung der Stange mit während der Balgen einen vakuumdichten Abschluß gewährleistet.

Zum wahlweisen Bewegen oder Kippen der leitenden Taumelplatte 4 sind mehrere Universalgelenke, z.B. Kugelgelenke vorgesehen, die jeweils vorzugsweise ganz nahe bei der zugehörigen Kontakttrennstelle angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel endet jedes stabförmige Teil 25 in einer Kugel, die in eine entsprechende Fassung eingreift, die sich am oberen Ende eines zugehörigen beweglichen Kontaktträgergliedes 26 befindet, das der leitenden Taumelplatte 4 mechanisch und elektrisch zugeordnet bzw. mit ihr verbunden ist.

Die an den Enden der stabförmigen Anschlußklemmen 1,. 2 ; und 3 angebracht ₄ stationären Kontaktstücke sind mit 12 be--, . -

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zeichnet.

Die Kontaktstückpaare lla-12, llb-12 usw. sind durch elektrisch "schwimmende", also nicht angeschlossene Kondensatabschirmungen 27 und andere zusammenwirkende Abschirmelemente vollständig gegen Masse und gegen die anderen Klemmen abgedeckt. Das der Anschlußklemme 1 zugeordnete Kontaktsttickpaar ist also gegenüber den Klemmen 2 und 3 versteckt, also von diesen Klemmen aus nicht zu sehen. Die Abschirmungen 27, die hier als aus Metall bestehend angenommen werden, sind durch getrennte, aus Isoliermaterial, vorzugsweise Keramik, bestehende Abschirmzylinder 29L nicht nur gehaltert sondern auch gegen alle "fremden" Stromquellen isoliert. Wenn z.B. Kontaktmaterial verdampft, wird der Dampfstrom durch die den betreffenden Kontaktstticksatz umgebende Abschirmanordnung gestoppt. Die festen Kontaktstücke 12 sind mit den zugehörigen Anschlußklemmen 1, 2 und 3, die als Gewindebolzen ausgebildet sein können, jeweils durch einen Leiterstab 51 verbunden, der von einer als Ganzes mit 29U bezeichneten oberen zylindrischen Isolieranordnung umgeben ist.

Eine aus Metall bestehende Abschirmkappe verhindert, daß Metalldampf, der aus dem unteren Ende der Abschirmung 27 austritt, eine geerdete Fläche erreichen kann. Ferner ist für jeden unteren isolierenden Abschirmzylinder 29L ein eigener getrennter Klemmenflansch 53 aus Metall vorgesehen, der den Metalldampf daran hindert, eine auf Masse liegende Fläche am oberen Ende der Abschirmung 27 zu erreichen.

Der Schalter kann daher, wie noch genauer erläutert werden wird, praktisch vollständig mit einem auf Masse liegenden Behälter oder Gehäuse umgeben werden. Das Gehäuse kann in der Praxis die verschiedensten Formen annnehmen, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält es eine Bodenplatte 55B_# eins zylindrische Seitenwand 55C und einen Deckel 55T mit ringförmigen, vakuumdichten Verbindungseleraenten, die eine bis zu einem gewissen Grade nachgiebige, vakuumdichte Verbindung zwischen dem z.B. aus Metall bestehenden, starren Gehäusedeckel 55T und den vorzugsweise aus Keramik bestehenden Abschimzylindam 29 her-

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stellen, welche zur Isolation der Klemmen dienen. ·

Im Betrieb können alle Betätigungsstangen 21 gleichzeitig in die öffnungsstellung zurückgezogen werden, dies ist jedoch nur in Ausnahmefällen vorgesehen. Normalerweise wird nur eine Betätigungsstange, z.B., die Betätigungsstange für das Kontaktstück 11a zurückgezogen, so daß die Taumelplatte 4 dann um eine Achse schwenkt, die durch die Berührungspunkte der beiden anderen Kontaktsätze mit den Kontaktstücken lib und lic geht.

Der Schalter muß nicht unbedingt als dreibeinige Anordnung mit drei Klemmen ausgebildet sein. Es können vielmehr nur zwei äußere Anschlußklemmen vorhanden sein oder es können (aus Gründen der Normung und der Erleichterung des Anbringens von Anschlüssen) drei Anschlußklemmen vorgesehen sein und die Kontakte der einen Klemme (z.B. durch eine Feder) dauernd geschlossen gehalten werden, was z.B. für Schaltungsanordnüngen zweckmäßig sein kann, wie sie in Verbindung mit Fig„ 3 und 4 beschrieben werden.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild für die eine Leitung eines Leitersystems mit einer Leiterschleife 31, 32, 33, wie es für eine unterirdische Verteilung der von einer Energiequelle 34 gelieferten elektrischen Energie verwendet werden kann. Jeder Abgriff, z.B. dar Abgriff 35, von der Schleife zu einem Haus oder einem Transformator erfordert einen gleichartigen Schalter mit mindestens zwei Schaltstreckan, die einer gemeinsameis Klemme zugeordnet sind. Für jeden solchen Abgriff kann ein Schalter mit drei Anschlußklemmen gemäß Fig. 2 oder ein Schalter mit zwei Unterbrechungsstrecken verwendet werden.

Fig. 4 zeigt, wie ein Schalter mit zwei oder drei Sehaltstrecken und einem gemeinsamen Ansch^ußpunkt'zum Umschalten der durch ein Transformatorsymbol 43 versinnbildlichten elektrischen Energieversorgung eines Verbrauchers, wie eines Krankenhauses oder eines großen öffentlichen Gebäudes von einer nor-«- malerweise bevorzugten elektrischen Energiequelle 41 und einer zur Notstromversorgung dienenden Energiequelle 42 verwendet

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werden kann. Unabhängig davon, ob die Umschaltung automatisch (z.B. durch Messung der von der normalen Energiequelle abgegebenen Spannung) oder von Hand erfolgt, ist die Schaltstrecke ' 44 normalerweise geschlossen und die Schaltstrecke 45 normalerweise offen während beim Ausfall der Spannung von der bevorzugten Energiequelle 41 am Verbraucher oder an einem Punkt vor dem Verbraucher, wenn eine automatische Rücktanschaltung gewünscht wird, die Schaltstrecke 44 geöffnet und die Schaltstrecke 45 geschlossen ist.

Die Arbeitsweise eines Schalters dee vorliegenden Typs soll anhand des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 2 erläutert werden. Dabei sei angenommen, daß die Kontaktstückpaare anfänglich alle geschlossen seien und daß das Kontaktstückpaar 1Ia-I2 geöffnet werden soll. Wenn sich das Kontaktstück 11a zu Beginn des Öffnungsvorganges in die geöffnete Stellung zu bewegen beginnt (die Trennstrecke zwischen den Kontaktetücken beträgt im geöffneten Zustand z.B. 6,3 mm) drehen sich die elektrisch leitende Taumelplatte 4 und alle mit ihr fest verbundenen Teile im wesentlichen um eine Linie, die durch die Berührungspunkte der Kontaktstöcke lib und lic mit den zugehörigen festen Kontaktstücken geht. Dia Produkte eines evtl. zwischen den Kontakt-Stücken 11a und 12 gezogenen Lichtbogens bewegen sich von den Kontaktstücken weg und kondensieren auf der zugehörigen Kondensatabschirmung 27.

Bei der angenommenen Arbeitswelse, bei der die Kontaktstücke 11a und 12 öffnen während die anderen Kontaktstückpaare geschlossen bleiben, tritt ein Lichtbogen bevorzugt zwischen den Kontaktstücken 11a und 12 auf. Die zugehörige Abschirmung 27 ist durch die isolierende Abschirmung 29 elektrisch von allen anderen Stromquellen isoliert. Es tritt daher kein Lichtbogenüberschlag zur metallischen Abschirmung 27 ein und es fließt durch diese auch kein Strom, da für einen Strom durch die Abschirmung 27 zwei in Reihe liegende Lichtbögen erforderlich wären. Bei der angenommenen Anordnung mit gleichen seitlichen Abständen (siehe Flg. 5) ergäben zwei Bögen in Reihe eine höhere Brennspannung als der eine Bogen in der Trennstrecke und da

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letzterer zuerst entsteht, können die beiden in Reihe liegenden Bögen nicht entstehen.

Die vorliegende Schalterkonstruktion hat also den Vorteil, daß nicht nur die Isolation zwischen den getrennten Kontaktstücken sondern auch die Isolation von Klemme zu Klemme (oder Leiter) und die Isolation zwischen den Kontaktstücken und Masse das Hochvakuum oder gewünschtenfalls ein anderes inertes Medium enthält. Der vorliegende Schalter kann also auch unter Wasser betrieben werden, wobei sich dann das Äußere des Schalters auf Masse befindet, und die elektrischen Anschlüsse können leicht mit nicht dargestellten konzentrischen neutralen Kabeln mit fester Isolation hergestellt werden, so daß das elektrische Feld vollständig eingeschlossen ist.

Der vorliegende Schalter ist außerdem vielseitig verwendbar und einfach im Aufbau, er hat zwei, drei oder mehrere Anschlüsse, die zum Schalten von Abzweigstromkreisen und Schleifenkreisen innerhalb einer gemeinsamen Vakuumkammer verwendet werden können.

Selbstverständlich.sind auch noch andere Anwendungen möglich als die oben beschrieben worden sind. Bei gleichzeitiger Betätigung der Betätigungsstangen arbeitet der Schalter mit mehreren, in Reihe geschalteten Trennstrecken und pro Gehäuseeinheit kann dann eine höhere Abschaltspannung erreicht werden, insbesondere da beim vorliegenden Schalter jeder Kontaktsatz durch die beschriebene innere Abschirmung von allen anderen Kontaktsätzen isoliert ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Elektrischer Hochspannungsschalter, gekennzeich rTet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Eine^Außenbehälteranordnung (55B,55C_f55T) die im wesentlichen eine einzige, gegen die Umgebung geschützte Umschließung bildet, die praktisch keine Luft enthält;

b) mehrere Kontaktsätze (lla,12;llb,12;llc,12) die in der Umschließung angeordnet sind und jeweils ein relativ stationäres und ein relativ bewegliches Kontaktstück aufweisen;

c) mehrere, mindestens zum Teil isolierende Betätigungsstangen (21,25) zur voneinander unabhängigen Betätigung und Einstellung der beweglichen Kontaktstücke (11a,11b,lic);

d) ein mit allen beweglichen Kontaktstücken in elektrischer Verbindung stehendes' Inneres Verbindungsglied (4);

e) Anschlußklemmen, die jeweils einem der stationären Kontaktstücke (12) zugeordnet sind, und

f) eine Anzahl von Abschirmvorrichtungen (27) , die gegeneinander elektrisch isoliert sind und jeweils ein zugehöriges festes Kontaktstück (12) mit Abstand umgeben.

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2.) Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Verbindungsglied (4) plattenförmig ausgebildet ist und daß bewegliche Kontaktträgerglieder (26) vorgesehen sind, die die Betätigungsstangen (21) mit den beweglichen Kontaktstücken (11a, 11b, lic) und mit dem inneren Verbindungsglied über Universalgelenke verbinden (Fig. 2).

3.) Hochspannungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Universalgelenke Kugelgelenke sind und sich zwischen den,Betätigungsstangen (21, 25) und den beweglichen Kontaktstücken (Ila, lib, lic) befinden.

4.) Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t""', daß er als'Mehrweg-Vakuumschalter mit gemeinsamem Verbindungspunkt (4) ausgebildet ist und daß mindestens ein Teil der Kontaktsätze gegeneinander und jeder Kontaktsatz gegen alle ihm nicht direkt zugeordneten Anschlüßklemmenleiter (1, 2, 3, 51) sowie auch die Anschlußklemmenleitungen zum Teil gegeneinander durch die gemeinsame Vakuumisolation in dem gemeinsamen Gehäuse isoliert sind.

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