DE2314057A1 - Druckgasschalter - Google Patents

Description

Westinghouse 231405?

Electric Corporation _{4 o}

Pittsburgh »· ^a

Mein Zeichen: VPA 72/8338 Hae/Sdz

Druckgasschalter

(Für diese Anmeldung wird die Priorität der amerikanischen Patentanmeldung Ser-No 240 144 vom 31.3.1972 beansprucht).

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckgasschalter mit einem metallischen Gehäuse und mit mindestens einer in das Gehäuse reichenden Durchführung für einen elektrischen Anschluß sowie mit einer im Gehäuse angeordneten, aus einem Hoch- und einem Niederdrückten bestehenden Lichtbogenlöscheinrichtung für eine trennbare Kontal:tanordnung.

Aus der US-PS 3 214 546 ist ein Druckgasschalter bekannt, bei dem eine trennbare Kontaktanordnung und eine dieser zugeordnete Löschvorrichtung vorgesehen ist, die aus einem Hoch- und einem ITiederdruckteil besteht. Der Hochdruckteil dient als tragendes Element für die beweglichen Teile der Kontaktanordnung und der zugehörigen Antriebselemente.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter anzugeben, der o5.ne geringe Schaltzeit aufweist. Unter Schaltzeit wird hierbei die Zeit verstanden, die vom Beginn des AualöHckointufindos Ms zura Löschen des Ausschaltlichtbogens reicht. Insbesondere besteht die Aufgabe, einen Druckgasschalter anzugeben, der innerhalb von zv/ei Perioden (bei Netzfrcquenz von 60 Hz) ausschaltet.

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Nach der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der Kontaktanordnung von der Durchführung getragen ist und daß der Hochdruckteil der Lichtbogenloscheinriehtung einem der Kontakte der Kontaktanordnung eng benachbart im Bereich der Durchführung angeordnet ist.

Durch Anwendung der Erfindung sind die Kontaktanordnungen und die das Löschgas unter hohem Druck speichernden Hochdruckbehälter räumlich so dicht baulich vereinigt, daß sich kurze Wege zwischen dem Hochdruckbehälter und der Liohtbogenbrennstrecke ergeben. Dadurch kann die Schaltzeit wesentlich vermindert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das metallische Gehäuse auf Hochspannung gelegen und von einem Stützisolator getragen. Der Hochdruckteil der Lichtbogenlöschung kann bevorzugt mit dem Blasventil baulich vereinigt sein, wobei in besonderer Ausgestaltung dieser Ausführungsform das Blasventil pneumatisch betätigt sein kann.

Das im Interesse möglichst kurzer Casführungen für das unter Hochdruck stehende Löschgas mit der Kontaktanordnung und dem Hochdruckteil baulich vereinte Blasventil wird bevorzugt von einem Steuerventil betätigt, das seinerseits von einem den beweglichen Kontakt bewegenden Antrieb gesteuert ist.

Um den Antrieb für geringe Schältseiten auszulegen, ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb ein im Stützisolator geführtes Rohr umfaßt, dan dr eh bev/e glich angetrieben ist.

Eine derartige Konzeption erlaubt den Einsatz von Bauelementen mit geringen Massenträgheiten. Das drehbewegliche Rohr kann dabei über ein Betätigungsgestänge den beweglichen Kon-

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takt der Kontaktanordnung und über isolierende Stangen das Steuerventil für das Blasventil steuern.

Bei Anordnung des festen Kontaktes an der Durchführung ist der bewegliche Kontakt von einer sich im wesentlichen horizontal erstreckenden Platte geführt, die mit den Gehäusewänden starr verbunden ist. Diese Konstruktion eröffnet die Möglichkeit, die über den Schalter fließenden Ströme über das bewegliche Kontaktstück und die elektrisch leitende Platte zu führen, die wegen ihrer starren Verbindung mit dem metallischen Gehäuse die an den Sehalterteilen im Inneren stehende Wärme an das Gehäuse abführt. Das Gehäuse bildet so' gemeinsam mit der elektrisch leitenden Platte einen Wärmetauscher. Diese Platte kann die Betätigungselemente des Antriebes aufnehmen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform ist eine im Inneren des drehbeweglichen Rohres angeordnete, das Löschgas unter hohem Druck führende Rohrleitung vorgesehen, die mit einem Kompressor verbunden ist und den Hochdruckteil der Löscheinrichtung speist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die Figur 1 zeigt einen Druckgasschalter gemäß der Erfindung in einem teilweise geschnittenen Aufriß mit einer Kontaktanordnung in der Einschaltstellung.

In Figur 2 ist in einer der Figur 1 entsprechenden Darstellung der Druckgasschalter mit einer Kontalttanordnung schema-

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tisch dargestellt, die sich in der Ausschaltstellung befindet.

Die Figur 3 zeigt als Einzelhei-t in vergrößertem Maßstab eine dem Blasventil des Druckgasschalters vorgeschaltete Steuerventilanordnung.

In Figur 1 bezeichnet das Besugsseichen 1 einen Druckgasschalter als Ganzes. Die Ausführungsform des Druckgasschalters 1 enthält einen auf Hochspannung liegenden, kugelförmigen, metallischen Behälter 2, der ara oberen Ende eines Stützisolators 3 angeordnet ist. Der Stützisolator 3 besteht aus einem geeigneten Material, z, B. aus Porzellan, um dessen günstige Witterungseigenschaften zu nutzen.

In das Innere des metallischen Behälters 2 erstrecken sich Durchführungen 4, 5 für einen elektrischen Anschluß, an deren unteren, im Inneren des Behälters ?.. angeordneten Enden feststehende Kontakte 6 angebracht sind. Mit diesen feststehenden Kontakten 6 wirken bewegliche Kontakte 8, 9 zusammen, die gleichzeitig durch geradlinige Gestänge 10, 11 in öffnungs-I)ZV.'. Schließrichtung betätigt werden.

Die rückwärtige Seite eines jeden feststehenden Kontaktes 6 ist von einem Hochdruckbehälter 1£_t 13 umgeben, der entweder eine kugelige oder eine im wesentlichen horizontal angeordnete zylindrische Gestalt haben kzcnn. Der Zweck eines jeden Hochdruckbehälters 12, 13 besteht darin, eine betriebsbereite Quelle für ein unter Hochdruck stehendes Löschgas, beispielsweise SFr zu schaffen.

Mit den Hochdruckbehältern 12, 13 sind hohle Anschlußstutzen 14 verbunden, die sich durch die Durchführung 4, 5 axial hin-

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durch erstrecken. Dies hat den wesentlichen Vorteil, daß in der Einschaltstellung des Schalters der Stromfluß durch die hohlen An3chlußstutzen 14 das unter Hochdruck stehende Gas 7 aufheizt und damit eine Verflüssigung verhindert· Mit anderen V/orten, wenn "bestimmte hochwirksame löschgase, v/ie z.B. Schwefelhexafluorid, unter einem hohen Druck Anwendung finden, kann der Verflüssigungspunkt eines solchen Gases sehr hoch sein, so daß sich eine schwierige Situation ergibt, wenn unter Bedingungen mit niedrigen Umgebungstemperaturen, z.B. in der Nähe von +4 ⁰C eine Verflüssigung des Gases erfolgt. Infolge einer Bolchen Verflüssigung fällt der Gasdruck, wodurch verhindert wird, daß Gas auf einem angemessenen Druckwert während der Lichtbogenlöschung bereitsteht. Durch Ausnutzung des Aufheizeffektes infolge des Stromdurchflusses durch die hohlen Anschlußstutzen 14 wird das SFg-Gas oberhalb des Verflüssigungspunktes gehalten; der erforderliche Blasdruck ist jederzeit für eine Lichtbogenlöschung verfügbar. V/enn der Schalter geöffnet ist oder über einen langen Zeitraum bei kaltem Wetter hoch belastet ist, wird eine Zusatzheizvorrichcung 15 in einem Behälter, der bodensei tig im Schalter 1 angeordnet ist, durch eine thermostatische Regelvorrichtung in Betrieb genommen, um das SF^-Gas gasförmig zu halten.

Um die Einschalt- und Auoschaltbewegung der geradlinigen Gestänge 10, 11 zu bewirken, ist vorteilhaft ein drehbares, elektrisch isolierendes Rohr vorwendet, das Verbindungen 171 18 für die Gestänge 10, 11 umfaßt. Für eine spielfreie, reiburj£Rloae Führung den Rohres 16 kann eine ringförmige Halterung 1Ga, z.B.. aus PTFK, vorgesehen sein. Jedes Gestänge 10, 11 beutcht auο einem Träger 20, einem Verbindungshebel 21, einem Winkelhobel 22 und einem Betätigungshebel 23. Die Betätigungshebel 23 sind bevorzugt mit diametral gegenüber liegenden Seiten deo Rohres 16 verbunden.

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Wie vorstehend erwähnt, v/ird das unter Hochdruck stehende g Gaa dazu benutzt, um eine löschung der Lichtbogen 25 (Fig. 2) zu bewirken, die zwischen den Kontaktfingern des feststehenden Kontaktes 6 und dem oberen Ende der beweglichen Kontakte 8, 9 gezogen werden. Zur Lichtbogenlöschung sind Blasventile 30 vorgesehen, die durch Steuerventile 34, 35 betätigt werden. Die Steuerventile 34, 35 sind mittels loser, beweglicher, elek trisch isolierender Gestänge 36, 37 mit Betätigungshebeln 38, 39 verbunden, die ihrerseits mit ihren inneren Enden gelenkig mit einer vertikalen Betätigungsstange 40 verbunden sind. Das untere Ende der Betätigungsstange 40 ist in einer feststehenden Führung 40a verschiebbar geführt. Die Stange 40 ist mit einer Rolle 40b \rersehen, die mit einer Nockensteuerung 43 zusammenarbeitet. Die Nockensteuerung 43 ist auf dem oberen Umfang des drehbaren Rohres 16 eingeformt.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Ausfuhrungsform ergibt sich wie folgt:

Im Verlauf der Ausschaltbuwegung bewirkt eine Drehbewegung des Rohres 16 nicht nur, daß infolge der von den geradlinigen Gelenken 10, 11 abwärts gerichteten Öffnung?.-;bewegung der beweglichen Kontakte 8, 9 die Lichtbögen gezogen werden, sondern auch zusätzlich, daß der Druck auf den Rückseiten der Blasventilkolben 50 innerhalb der Venrldlz^-.lindor 51 abgelassen wird, um eine Öffnung des Blanventiles 30 :άι erzielen. Dadurch wird unter Hochdruck stehendes SIV-G-as aus den Behältern 12, 13 abwärts durch die Düsenanordnung 55 und durch das Innere 8a, 9c der beweglichen} rohrförmig ausgebildeten Kontakte 8, 9 geblasen. Arn E.atiG des öf'fmmg;-Lubes wird die Betiii.i.gufj^cotange 40 angehoben, um das Ventil 34 su schließen; infolgedessen kann die Spannfeder 30a das Blasventil 30 wieder schließen.

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Im Verlauf der Einschaltbewegung wird das Rohr16 in entgegengesetzter Richtung gedreht, um die Verbindung der Kontakte zu bewirken. Das Blasventil 30 kann im Verlauf der Einschaltbewegung betätigt werden oder ein geeignetes, nicht weiter dargestelltes Gestänge kann eingesetzt werden, um eine Einwegbetätigung der Blasventilanordnung 30 zu erzielen, so daß eine Beblasung während der Einschaltbewegung des Schalters 1 verhindert ist.

Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, sind die Gestänge 10, 11 durch Finger 58 unterstützt, die an einer sich im wesentlichen horizontal erstreckenden elektrisch leitenden Platte 60 befestigt sind. Die beweglichen rohrförmigen Kontakte 8, 9 werden von den Fingern 58 geführt. Eine sehr hohe Stromtragfähigkeit für die Kontakte 8, 9 wird dadurch erhalten, daß der Stromfluß von den beweglichen Kontakten 8, 9 durch die Finger 58 und in die stromführende Platte 60 verläuft, die z.B. durch Schweißen an jedem Ende mit dem Tank 2 verbunden ist. Der Tank 2 dient als Wärmetauscher für die an den Kontakten 8, 9 erzeugte Wärme.

Eine unter Hochdruck stehende, isolierende Speiseleitung 70 kann im v/es ent lieh en axial innerhalb des drehbaren Rohres 16 angeordnet sein. Die Leitung 70 dient zur Aufrechterhaltung des Druckes innerhalb der Behälter 12, 13 auf einem angemessenen Wert, der für eine wirksame Lichtbogenlöschung notwendig ist. Wie in Figur 1 gezeigt, kann ein geeigneter Kompressor 74 verwendet werden, gegebenenfalls in Verbindung mit einem geerdeten Hochdruckbehälter 76, um dan SFg-Gas mit einem erforderlichen Druckwert zu liefern. Das Gas, das die Eingangsseite 74a des Kompressors 74 speist, kann vom unteren Ende des Stützisolator 3 abgesaugt werden. Ein geeigneter Betätigungsantrieb, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist,

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kann innerhalb einer Antriebsabteilung 80 angeordnet sein, um die Drehbewegung des Rohres 16 zum Ein- und Ausschalten des Schalters 1 zu bewirken.

Aus der vorstehenden Erläuterung ergibt sich, daß der Druckgasschalter nach der Erfindung in der Lage ist, Fehlströme in einer außerordentlich kurzen Zeit zu unterbrechen, wie z.B. in der Größenordnung von zwei Perioden (bei einer ITetζfrequenz von 60 Hz) nach dem Erregen der Auslösespule.

Ferner hat die Ausführungsform mit einem auf Hochspannung liegenden Behälter die folgenden Besonderheiten zur Beschleunigung des Schaltvorganges:

Die unter Hochdruck stehenden Behälter 12, 13 sind am Ende jeder Durchführung 4, 5 im Behälter 2 angeordnet. Das Blasventil 30 ist dem feststehenden Schaltstück 6 unmittelbar benachbart zur Erzielung einer geringstmb'glich en Verzögerung beim Transport von Löschgas in die Lichtbogensone, Das mit geringer Massenträgheit versehene iisolierende Rohr 16, das im Stützisolator 3 gehaltert ist, schafft einen sehr schnellen mechanischen Antrieb.

Eine wichtige Besonderheit der Erfindung im Hinblick auf die Sicherheit ist, daß nur ein geringes Gasvolumen 3a zwischen dem Rohr 16 und dem umgebenden Stützisolator 3 vorhanden ist, das dazu führen könnte, Bruchstücke für den .Fall abzuschleudern, daß der Stützisolator 3 durch einen Unfall oder durch Erdbeben zerbrochen wird.

Eine andere wichtige Beconderhe.it der vorliegenden Erfindung ist der Gebrauch von Stangen 36, 37 mit kleinen Massenträgheiten zur Betätigung der Steuerventile 3Ί, 35· Ferner wird eine hohe Stromtragfähigkeit für die Kontakte 8, 9 durch

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Verwendung der Kontaktfinger 58 erhalten, die den Stromfluß durch die sich im wesentlichen horizontal erstreckende elektrisch leitende Platte 60 leiten.

Eine Kondensation des unter Hochdruck stehenden Gases ist unter Lasfbedingungen dadurch vermieden, daß das SFg-Gas die hohlen Anschlußstutzen 14 ausfüllt, die als Heizvorrichtungen für das SF^-Gas wirken, sobald sie Lastströme führen.

3 Figuren

10 Patentansprüche

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Claims (10)

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   Patentansprüche

   Druckgasschalter mit einem metallischen Gehäuse und mit 'mindestens einer in das Gehäuse reichenden Durchführung für einen elektrischen Anschluß sowie mit einer im Gehäuse angeordneten, aus einem Hoch- und einem Niederdrückte!! bestehenden Lichtbogenlöscheinrichtung für eine trennbare Kontaktanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Kontaktanordnung von der Durchführung getragen ist und daß der Hochdruckteil der Lichtbogenlösch einrichtung einem der Kontakte der Kontaktanordnung eng benachbart im Bereich der Durchführung angeordnet ist.
2. 2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gehäuse auf Hochspannung liegt und von einem Stützisolator getragen ist.
3. 3. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dor Hochdruckteil dor Lichtlxigenlösefceinrichtung mit einem Blasventil baulich vereint ist.
4. 4. Druckgasschalter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Blasventil pneumatisch betätigt ist.
5. 5. Druckgasschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Blasventil von einem Steuerventil betätigt ist, das von einem den bev/eglicuen Kontakt bewegenden Antrieb gesteuert ist.
6. 6. Druckgasschalter nach Anspruch 1 odor einem der fölenden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung dea fei.itci). Kontaktes an der Durchführung der bsv.'egl.i ehe Kontakt von einer sich im wesentlichen horizontal erstreckenden elektrisch

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   leitenden Platte geführt ist, die mit den Gehäusewänden starr verbunden ist.
7. 7. Druckgasschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte die Betätigungseleinente des Antriebes aufnimmt.
8. 8. Druckgasschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein im Stützisolator geführtes Rohr umfaßt, das drehbeweglich angetrieben ist.
9. 9. Druckgasschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbewegliche Rohr über ein Betätigungsgestänge den beweglichen Kontakt der Kontaktanordnung und über isolierende Stangen das Steuerventil für das Blasventil steuert.
10. 10. Druckgasschalter nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine im Inneren des Rohres angeordnete Gas unter hohem Druck führende Rohrleitung, die mit einem Kompressor verbunden ist und den Hochdruckteil der Löscheinrichtung speist.

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