DE2324992B2 - Leistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter mit mindestens einem in einem Gestell angeordneten festen Kontakt mindestens einem relativ zu dem Gestell und dem festen Kontakt beweglichen Kontakt, der bei geschlossenem Schalter unter Federkraft an dem festen Kontakt anliegt, einer Antriebsvorrichtung, mit der der bewegliche Kontakt von dem festen Kontakt zur Unterbrechung eines Stromkreises abhebbar ist, einer Verriegelungseinrichtung, die eine mit dem beweglichen Kontakt bewegliche Anschlagfläche und einen mit der Anschlagfläche in Eingriff bringbaren Riegel umfaßt der nach dem öffnen des Schalters mit der Anschlagfläche in Eingriff kommt und dadurch den Schalter in Offen-Stellung hält und einer mit dem Riegel verbundenen Auslöseeinrichtung, mit der der Riegel aas der Halte-Stellung auslenkbar ist.

Ein solcher Leistungsschalter ist aus der US-PS 33 34 202 bekannt. Bei dem bekannten Leistungsschalter wird die Antriebsvorrichtung von einer pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheit gebildet, mit deren Kolben der bewegliche Kontakt durch eine Stange verbunden ist Das. Ventil, mit dem ein Druckmedium in die Kolben-Zylinder-Einheit einleitbar ist, ist über eine komplizierte Gestänge- und Hebelanordnung von einem Handknopf aus bedienbar. Diese komplizierte Anordnung ist erforderlich, um das Druckmittelsystem wieder in einen Zustand der Betriebsbereitschaft zu versetzen, damit nach dem Schließen des Schalters tin schnelles Öffnen möglich ist ohne jedoch eine ungewollte Mehrfachbetätigung zu gestatten. Der zum Halten des beweglichen Kontaktes in der Offen-Stellung dienende Riegel wird in der Verriegelungsstellung von einer Feder gehalten und ist als Anker einer Magnetspule ausgebildet, bei deren Erregung der Riegel aus der Halte-Stellüng ausgelenkt wird.

Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß vom Zeitpunkt der Betätigung des Handknopfes bis zum öffnen des Schalters eine erhebliche Zeit vergeht, weil über die erwähnte Gestänge- und Hebelanordnung erst ein Ventil betätigt werden muß und weiterhin auch der Zufluß des Druckmittels und der Aufbau des Druckes im Arbeitszylinder eine gewisse Zeit benötigt. Infolgedessen ermöglicht dieser bekannte Schalter trotz seines relativ komplizierten Aufbaues nicht das schnelle Auslösen eines Schaltvorganges. Außerdem geht auch das Abheben des beweglichen Kontaktes relativ langsam vor sich, was zu einer unerwünschten Lichtbogenbildung führen kann. Ebenso kann es beim Schließen des Schalters leicht zu Störungen kommen, wenn der allein durch elektromagnetische Kräfte angetriebene Riegel nicht einwandfrei von der Anschlagfläche abhebbar ist, weil der Riegel quer zu seiner Bewegungsrichtung durch die Kraft der zum Schließen des Schalters dienenden Feder belastet ist, die eine erhebliche Kraft aufweisen muß, um ein schnelles und sicheres Schließen des Schalters zu bewirken.

Aus der US-PS 33 12 808 ist ein Schalter bekannt, bei

dem bewegliche Kontakte an dem rahmenförmigen itx:h eines Elektromagneten angebracht sind Das Joch weist ein in eine Magnetspule eingreifendes Ankerteil auf. dem ein ortsfestes Ankerteil gegenübet steh L Zum Schließen des Schalters wird der Elektromagnet erregt und das Joch durch eine Kipphebelanordnung in der Stellung gefangen, bei der die am Joch gefedert angeordneten Kontakte an den ortsfesten Kontakten anliegen. Zum öffnen des Schalters wird der Elektromagnet ein zwe.tesmal kurzzeitig erregt, wodurch die Verriegelung gelöst wird, so daß nach Abschalten des Elektromagneten das Joch mit den beweglichen Kontakten in die Ruhestellung zurückkehren kann. Ein solcher Schalter ist als Leistungsschalter für Hochleistungs-Übertragungsanlagen nicht geeignet, weil eine Erregung des Elektromagneten abwechselnd das öffnen und Schließen des Schalters bewirkt, so daß keine eindeutig definierten Schaltzustände existieren und es daher leicht zu Fehlbetätigungen kommen kann.

Aus der US-PS 33 15 189 ist ein Unterbrecherschalter bekannt, dessen Schaltstück sowohl von Hand als auch elektromagnetisch geöffnet werden kann. Dazu ist das Schaltstück mittels einer Stange mit dem Anker eines Elektromagneten und außerdem mit einer komplizierten Kipphebelanordnung verbunden, die stabile Übertotpunkt-Lagen aufweist. Eine solche Anordnung ist ebenfalls zu kompliziert und weist zu viel sich beim Schaltvorgang bewegende Teile auf, um ein schlagartiges Arbeiten des Schalters zu ermöglichen, infolgedessen ist auch dieser Schalter für Hochleistungs-Übertragungsanlagen nicht geeignet, bei denen es auf extrem schnelle Schaltvorgänge ankommt.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsschalter der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß er ein schlagartiges Unterbrechen eines Stromkreises ermöglicht und auch schnell und sicher wieder geschlossen werden kann. Dabei soll er mit einem Minimum an bewegten Teilen auskommen, und es sollen diese Teile eine möglichst kleine Masse haben, um die beim Einsatz solcher Schalter in Hochleistungs-Übertragungsanlagen erwünschten hohen Schaltgeschwindigkeiten zu erzielen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Antriebseinrichtung eine mit dem beweglichen Kontakt durch eine Antriebsstange \erbundene elektromagnetische Antriebsplatte umfaßt, auf die eine zur Antriebsplatte benachbart angeordnete elektromagnetische Spule wirkt und von deren Flächen eine die Anschlagfläche für den Riegel der Verriegelungseinrichtung bildet, und daß die Auslöseeinrichtung für den Riegel eine mechanische Einrichtung ist und eine Rückstelleinrichtung umfaßt, mit der die Antriebsplatte in Eingriff kommt, wenn der bewegliche Kontakt in seine Schließstellung zurückkehrt, und die den Riegel in die Halte-Stellung zurückbringt, wenn sie von der Antriebsplatte betätigt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Leistungsschalter wird beim öffnen nur ein einziges Bauteil bewegt, das aus dem beweglichen Kontakt, der Antriebsplatte und der Kontakt und Antriebsplatte verbindenden Antriebsstange besteht. Dieses Bauteil kann so ausgebildet werden, daß es eine relativ kleine Masse aufweist. Insbesondere braucht die Antriebsplatte nicht aus ferromagnetischem Material zu bestehen, sondern kann aus einem Material guter Leitfähigkeit gefertigt sein, beispielsweise aus Aluminium, das ein relativ geringes spezifisches Gewicht aufweist. Die auf die Antriebsplatte von der Spule ausgeübte Stoßenergie wirkt schlagartig,

so daß ein sehr schnelles öffnen des Schalters gewährleistet ist Dabei ist auch von Bedeutung, daß die Bewegung der Antriebsplatte mit dem beweglichen Kontakt nicht durch hemmende Bauteile gestört wird.

Um ein sicheres Schließen des Schalters zu gewährleisten, wird ferner der Riegel nicht durch elektromagnetische Kräfte aus seiner Verriegelungsstellung ausgelöst, sondern durch eine mechanische Betätigungseinrichtung, die ein zwangsweises Verschieben des Riegels zur Folge hat Diese Betätigungseinrichtung umfaßt eine Rückstelleinrichtung, die von der Antriebsplatte betätigt wird, wenn der bewegliche Kontakt in seine Schließstellung zurückkehrt und die bewirkt, daß der Riegel wieder in seine Stellung zurückgebracht wird, in der er die Antriebsplatte fangen kann, wenn der Schalter wieder geöffnet wird.

Ausgestaltungen der Erfindung bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigen

F i g. 1 eine isometrische Darstellung eines Leistungsschalters nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 durch den Leistungsschalter nach F i g. I in vergrößertem Maßstab.

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 durch den Leistungsschalter nach F i g. 1 im gleichem Maßstab wie F i g. 2 mit fortgelassenen Teilen,

Fig.4 eine Weiter vergrößerte Seitenansicht der Verriegelungseinrichtung des Leistungsschalters nach F i g. 1 in nochmals vergrößertem Maßstab,

F i g. 5 eine Seitenansicht ähnlich F i g. 4 unter Darstellung der Teile der Verriegelungseinrichtung in entriegelter Stellung,

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 durch die Verriegelungseinrichtung nach F i g. 4 in gegenüber F i g. 4 verkleinertem Maßstab,

F i g. 7 und 8 zwei Ansichten der in dem Leistungsschalter nach F i g. 1 verwendeten Magnetspule und

F i g. 9 ein schematisches Schaltbild, das die Anwendung des Leistungsschalters nach der Erfindung veranschaulicht.

Wie insbesondere aus den F i g. 1 bis 3 ersichtlich, weist der in der Zeichnung dargestellte Leistungsschalter 10 eine Grundplatte 12 auf, auf der die Bauteile des Leistungsschalters montiert sind und an der eine Haube 14 angeflanscht ist. Die Haube 14 weist einen zylindrischen Mantel 16 auf, an dem ein Deckel 18 mittels eines Flanschringes 20 befestigt ist. Alle Teile der Haube 14 bestehen aus einem isolierenden Werkstoff, um eine Lichtbogenbildung und Kriechströme zu vermeiden. Statt dessen könnte auch ein Metallgehäuse mit isolierenden Durchführungen verwendet werden. Die Haube 14 ist auf der Grundplatte 12 mittels eines Flanschringes 22 befestigt, so daß die Haube entfernt werden kann, um die darunter angebrachten Einrichtungen zugänglich zu machen. Alle Verbindungsstellen sind mit Abdichtungen versehen, so daß das im Innenraum 24 enthaltene Gas in einem gewünschten Zustand gehalten werden kann. Nach der gegenwärtigen Kenntnis ist als Atmosphäre für den Innenraum 24 am besten unter Druck stehendes Schwefelhexafluorid geeignet. Dieses Gas gewährleistet einen sehr hohen Isolationswert, eine schnelle Wiederherstellung der dielektrischen Eigenschaften und die Erzeugung einer hohen Bogenspannung, wenn es dem Raum zwischen den sich öffnenden Kontakten zugeführt wird. Die Haube 14 ist mit

äußeren Anschlüssen 26 und 28 versehen, die zum Einschalten des Leistungsschalters in einen Stromkreis dienen.

Innerhalb der Haube 14 sind auf der Grundplatte 12 senkrechte Eckpfosten 30,32,34 und 36 befestigt. Diese Eckpfosten sind durch obere Querträger 38 und mittlere Querträger 40 verbunden. Die Querträger dienen zur Befestigung von Bauteilen des Schalters.

Auf den mittleren Querträgern 40 sind feste Kontaktträger 42 und 44 befestigt, auf denen Rohre 46 und 48 sitzen. In diesen Rohren sind feste Kontakte 50 und 52 verschiebbar gelagert und so angeordnet, daß ein oberer Anschlag für die festen Kontakte an den Rohren 46 und 48 vorhanden ist. In F i g. 3 liegen die festen Kontakte an diesen Anschlägen an. Unterhalb der festen Kontakte in den Rohren angeordnete Federn drücken die festen Kontakte in Richtung auf diese oberen Anschläge. Demgemäß sind die festen Kontakte elastisch gelagert und können in den Rohren von ihren oberen Stellungen aus gegen die Kraft der Federn nach unten gedrückt werden. Von den äußeren Anschlüssen 26 und 28 des Schalters gehen Leitungen 54 und 56 aus, die jeweils an einem der festen Kontakte befestigt sind, so daß die festen Kontakte mit dem Äußeren des Leistungsschalters elektrisch leitend verbunden sind.

Eine Antriebsplatte 64 ist an dem unteren Ende einer Antriebsstange 62 angebracht, an deren oberem Ende ein Kontaktträger 66 befestigt ist, der aus Metall besteht und an seinen Enden nach unten gerichtete Kontakt 68 und 70 aufweist Wenn die Antriebsstange 62 ihre in F i g. 2 dargestellte untere Position einnimmt, liegen die Kontakte 68 und 70 an den festen Kontakten 50 und 52 an. Der Weg der Antriebsstange 62 ist so bemessen, daß bei der untersten Stellung der Antriebsstange die Federn unter den festen Kontakten 50 und 52 etwas zusammengedrückt sind, um dadurch das Aufrechterhalten eines Kontaktdruckes zu gewährleisten. Dieser Zustand ist in F i g. 3 veranschaulicht. Wenn die Antriebsstange 62 in die in F i g. 3 dargestellte Position angehoben wird, werden die Kontakte 68 und 70 nach oben bewegt und von den festen Kontakten 50 und 52 abgehoben. Aus diesem Grund werden die Kontakte 68 und 70 als bewegliche Kontakte bezeichnet. Wenn die beweglichen Kontakte in ihrer oberen Stellung sind, ist der Abstand zu den festen Kontakten ausreichend, um eine Lichtbogenbildung bei Anliegen einer Hochspannung zu vermeiden. Der Bogenwiderstand wird durch die im Innenraum 24 herrschende Atmosphäre erhöht

An der Oberseite des Kontaktträgers 66 ist ein Kolben 72 befestigt, der durch die Bewegung der Antriebsstange angetrieben wird Der Kolben 72 befindet sich in einem Zylinder 74, so daß der Kolben 72 im Zylinder 74 bei einer Bewegung der Antriebsstange 62 einen Hub ausführt Der Kolben 72 weist Kanäle 76 und 78 auf, die sich von dem Raum oberhalb des Kolbens nach unten erstrecken und in nach unten gerichteten Düsen 80 und 82 enden. Diese Düsen sind unmittelbar unterhalb der beweglichen Kontakte 68 und 70 nach außen gerichtet, so daß das Gas aus dem Zylinder 74 in den Spalt zwischen den Kontakten 50 und 68 bzw. 52 und 70 geblasen wird, wenn sich die Antriebsstange 62 nach oben bewegt und den Kolben sowie die beweglichen Kontakte mitnimmt Der Gasstrahl unterstützt ein Löschen des Lichtbogens, erhöht die Bogenspannung und vermindert die Zeitspanne bis zum Erreichen der Spannungsfestigkeit

Der Zylinder 74 ist an einer Montageplatte 84 befestigt die ihrerseits unterhalb der oberen Querträger 38 von einem elastischen Stoßdämpfer 86 getragen wird. Der Stoßdämpfer 86 dient zur Verzögerung der Antriebsstange 62 und der von des Antriebsstange getragenen Bauteile, wenn der Kolben 72 am Boden des Zylinders 74 anschlägt und die Antriebsstange 62 das obere Ende ihres Hubes erreicht.

Die Antriebsstange 62 erhält ihre Bewegung von einem magnetischen Stoßmotor, der eine Magnetspule 90 umfaßt. Diese Magnetspule ist auf einem Tisch 88

ίο befestigt, der auf der Grundplatte 12 angebracht ist. Die Magnetspule 90 dient als Stator des magnetischen Stoßmotors, während die Antriebsplatte 64 als beweglicher Anker dient. Wie am besten aus den F i g. 7 und 8 ersichtlich, ist die Magnetspule 90 flach aus einem rechteckigen Leiter gewickelt und weist an ihren Enden Anschlüsse 92 und 94 auf. Mit den Anschlüssen 92 und 94 sind ein Kondensator 96 und ein Schalter 98 verbunden, die beide in Serie geschaltet sind. Infolgedessen entlädt sich der Kondensator % durch die Magnetspule 90, wenn der Schalter 98 geschlossen wird. Wenn der Schalter 98 wieder geöffnet wird, wird der Kondensator 96 von einem Netzgerät 100 wieder aufgeladen. Diese Anordnung bildet einen Wirbelstrom-Stoßmotor, der für seine sehr schnelle Arbeitsweise bekannt ist. Die Beziehungen zwischen der Größe des Kondensators, der Ladespannung, der Induktivität der Magnetspule und der Masse der beweglichen Antriebsplatte 64 sind in einem Aufsatz von T. F. Meagher: »The Conversion of Electromagnetic Energy into Shock Pulses« in dem 18. Annual ISA Conference and Exhibit, Septemper 1963, Chicago, der Instrument Society of America, Vorabdruck 49.4.63, behandelt. Diesem Aufsatz ist zu entnehmen, daß selbst sehr große Massen zu hohen Geschwindigkeiten beschleunigt werden können, wie es für einen solchen Leistungsschaltei erforderlich ist, indem eine Kondensatorbatterie geeigneter Größe verwendet wird, die auf eine ausreichend hohe Spannung aufgeladen wird. Grenzen für diese ArI von Motoren liegen in der Schwierigkeit, die bewegt« Struktur mechanisch so stabil zu machen, daß sie der hohen Beschleunigungskräften standhält. Der Stoß dämpfer 86 verzögert zusammen mit dem Stoßdämpfei 102 die bewegliche Anordnung am Ende ihres Weges Vorzugsweise bestehen die Stoßdämpfer aus elasti sehen, gummiartigen Kissen.

Da die größte Energieübertragung auf die bewegli chen Teile stattfindet wenn die Antriebsplatte 64 dei Magnetspule 90 dicht benachbart ist ist es erforderlich die Antriebsplatte 64 gegen die Magnetspule zu drük

S° ken, bis der die Magnetspule durchfließende Entlade strom einen hohen Wert erreicht hat Auf diese Weis« wird gewährleistet daß die Antriebsplatte 64 mit eine: hohen Beschleunigung bewegt wird, wenn sie entlicl von der Magnetspule 90 abgestoßen wird Wahrem sich die Antriebsplatte 64 entfernt nehmen die Absto ßungskräfte sehr schnell ab. Die Antriebskraft wirk daher während einer sehr kurzen Zeit, gewöhnlich in Bereich zwischen 10 us und 1 ms. Dann setzt die An triebsplatte 64 ihre Bewegung nach oben mit der er reichten Endgeschwindigkeit fort die wegen de Widerstände, die sie*· der Bewegung entgegensetzen abnimmt

Um eine sehr kurze Kontakttrennzeit zu erreicher ist der für die Konstruktion wichtigste Faktor, die er forderliche mechanische Festigkeit zu erreichen un< dabei die Masse der beweglichen Teile so klein wii möglich zu machen. Dabei muß die Antriebsplatte dich an den Leitern der Magnetspule gehalten und au

einem unmagnetischen Material hoher Leitfähigkeit hergestellt werden, das ein geringes spezifisches Gewicht aufweist. Da Kupfer den Nachteil eines hohen spezifischen Gewichts hat, wird eine sehr feste Aluminiumlegierung für die Antriebsplatte bevorzugt, obwohl damit eine bedeutende Verminderung der Leitfähigkeit verbunden ist. Weiterhin muß die Antriebsplatte ausreichend dick sein, um eine vollständige Durchdringung von dem Magnetfeld zu vermeiden.

Ein Stoßdämpfer am Ende des Hubes verzögert die beweglichen Teile, nachdem sie eine bestimmte Stellung: erreicht haben, wodurch so viel Energie wie möglich vernichtet wird, während die Teile zur Ruhe kommen. Daher wird nur ein Bruchteil der ursprünglichen kinetischen Energie auf die Teile zurückübertnägen, wenn sie von den Stoßdämpfern auf Riegel zurückprallen, welche sie in der Offenstellung halten.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, sind zwischen den Eckpfosten des Schaltergestells und neben der Antriebsplatte 64 Riegelständer 104 und 106 angeordnet. In der Zeichnung sind zwei solcher Riegelständer dargestellt, die identische Riegelanordnungen enthalten. Die Riegel haben die Aufgabe, die Antriebsplatte 64 in der oberen Stellung zu halten, also der in F i g. 3 wiedergegebenen Stellung, in der die Kontakte geöffnet sind, so daß der Leistungsschalter nicht leitend ist. Die Riegel können zurückgezogen werden, um die Antriebsplatte 64 freizugeben und der gesamten beweglichen Struktur, einschließlich der beweglichen Kontakte 68 und 70 zu gestatten, sich nach unten in die Stellung zu bewegen, bei der der Schalter geschlossen ist. Das Schließen erfolgt durch Druckfedern, die sich in Federgehäusen 58 und 60 befinden und auf die Oberseite der Antriebsplatte 64 wirken.

Wenn sich die beweglichen Teile unter der Kraft der Federn nach unten bewegen, wird die Riegelanordnung in ihre Ausgangslage zurückgesetzt, damit sie für den nächsten Zyklus vorbereitet ist. Der nächste Zyklus umfaßt das Einschalten des magnetischen Stoßmotors, durch das die beweglichen Teile nach oben getrieben werden.

Der Riegelständer 104 ist in F i g. 4 in der die Platte haltenden Stellung und in F i g. 5 unmittelbar nach dem Entriegeln gezeigt. Im folgenden wird die Ausbildung des Riegelständers 104 im einzelnen beschrieben. Der Riegelständer 106 ist zu dem Riegelständer 104 spiegelgleich aufgebaut. Für eine ausgewogene Anwendung der Kräfte wird die Anwendung von zwei Riegelständern bevorzugt. Bei Bedarf können jedoch auch mehr als zwei Riegelständer verwendet werden, um die Antriebsplatte 64 in ihrer oberen, verriegelten Stellung zu halten, solange gewährleistet ist daß die Riegel zur gleichen Zeit betätigt werden.

Wie die F i g. 4 und 5 im einzelnen zeigen, besteht der Riegelständer 104 aus zwei Seitenplatten 112 und 114. die durch ein Zwischenstück 116 getrennt sand, an dem die Seitenplatten befestigt sind und das seinerseits zur Befestigung des Riegelständers 104 an der Grundplatte 12 dient Der obere Teil der in den F i g. 4 und 5 vorn liegenden Seitenplatte 112 ist abgebrochen, um die zwischen den Seitenplatten angeordnete Einrichtung sichtbar zu machen.

Zwischen Führungen 120 und 122 ist ein Riegel 118 von der in Fig.4 gezeigten Stellung, aus der er aus dem Riegelständer herausragt quer zum Riegel ständer in die zurückgezogene Stellung nach der F i g. 5 verschiebbar, in der er die Antriebsplatte 64 freigibt In seiner ausgefahrenen Stellung nach F i g. 4 hat der Riegel 118 eine solche Lage, daß er die Antriebsplatte 64 in der angehobenen, verriegelten Stellung hält, die in F i g. 4 veranschaulicht ist. Die Riegelplatte ist so hoch, daß der Riegel am Umfang der Antriebsplatte anliegt, wenn sie ihre untere Stellung einnimmt.

An der Rückseite des Riegels 118 liegt eine Druckfeder 126 an, die den Riegel nach rechts drückt. Das andere Ende der Druckfeder 126 stützt sich an einem joch 128 ab. Mit dem Riegel 118 ist eine Spannstange

ίο 130 verbunden, vorzugsweise zum Zwecke der Einstellung mit Hilfe eines Gewindes eingeschraubt, die an der Außenseite des Joches einen Kopf 132 aufweist. Auf diese Weise kann sich der Riegel 118 in bezug auf das Joch 128 gegen die Kraft der Druckfeder 126 nach links bewegen, jedoch von der in den Fig.4 und 5 dargestellten Stellung aus nicht nach rechts. An der in den F i g. 4 und 5 vorderen Seilenplatte 112 ist mittels eines Schwenkzapfens 136 ein Riegelhebel 134 gelagert, der von einer Druckfeder 138 entgegen dem Uhrzeigersinn belastet ist. Die Druckfeder 138 sitzt mit einem Ende in einer Federtasche 140, die mit den Seitenplatten des Riegelständers verbunden ist, und mit dem anderen Ende in einer Federtasche 142, die nahe dem unteren Ende des unteren Armes 144 des Riegelhebels 134 schwenkbar angelenkt ist.

Am oberen Arm 150 des Riegelhebels 134 ist ein Hebel 146 um einen Zapfen 148 schwenkbar gelagert. Das obere Ende des Hebels 146 wird von einem Führungsstift 152 durchsetzt, der in einen senkrechten Führungs- schlitz 154 eingreift, der in den oberen Enden der beiden Seitenplatten 112 und 114 angebracht ist. Das andere Ende des Hebels 146 trägt einen Schwenkzapfen 156, der in das Joch 128 eingreift.
Der Zapfen 148 am oberen Arm des Riegelhebels 134 ist gezwungen, bei einem Verschwenken des Riegelhebels 134 eine kreisbogenförmige Bewegung um dessen Schwenkzapfen 136 auszuführen. Das obere Ende des Hebels 146 ist durch den Eingriff seines Führungsstiftes 152 in den senkrechten Führungsschlitz 154 gezwungen, eine Vertikalbewegung auszuführen. Diese beiden Beschränkungen der Bewegungsmöglichkeit für den Hebel 146 haben zur Folge, daß sich der Schwenkzapfen 156 im wesentlichen auf einer geraden, horizontalen Linie bewegt, die mit dem Schlitz fluchtet, der von den Führungen 120 und 122 für die horizontale Bewegung des Riegels 118 vorgesehen ist. Infolgedessen führt dieses Hebelgetriebe zu einer geradlinigen Bewegung. In der in F i g. 4 wiedergegebenen Stellung ist der Riegelhebel 134 im Uhrzeigersinn gegen die Kraft der Druckfeder 138 verschwenkt so daß der Riegel 118 zum Tragen der Antriebsplatte 64 aus dem Riegelständer hinaussteht Wenn der Riegelhebel 134 freigegeber wird, so daß er von der Druckfeder 138 entgegen derr Uhrzeigersinn verschwenkt werden kann, so wird dei Riegel 118 aus seiner äußeren Stellung zurückgezogen und es nimmt die Anordnung die in F i g. 5 dargestellte Lage ein.

Wie aus den F i g. 4.5 und 6 ersichtlich, ist das unten Ende des Riegelhebels 134 mit einem Verbindungsgliet 158 verbunden, das an seinen beiden Enden schwenk bar gelagert ist und im Bereich seiner Mitte eine Dreh verbindung oder eine Längenverstelleinrichtung auf weisen kann. Auf der Grundplatte ist mittels eines Zap fens 162 ein Folgehebel 160 schwenkbar gelagert de mit dem Ende des Verbindungsgliedes 158 durch einei Stift 164 schwenkbar verbunden ist Am freien Endi des Folgehebels 160 ist eine Laufrolle 166 drehbar gela gert.

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Auf der Basis ist auf einem Zapfen 170 ein Sperrhebel 168 schwenkbar gelagert, der an seinem äußeren Ende mit einer Anschlagfläche 172 versehen ist. Der Sperrhebel 168 kann in der in F6 wiedergegebenen Lage entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt werden, so daß seine Anschlagfläche 172 aus dem bogenförmigen Weg der Laufrolle 166 herausgeführt wird und diese Anschlagfläche nicht mehr als Anschlag für die Laufrolle 66 dient.

Eine Magnetspule 174 umgibt einen kolbenartigen Anker 176, der in F i g. 6 in seiner äußeren Stellung bei unerregter Magnetspule dargestellt ist. Eine mit der Grundplatte und dem Anker 176 verbundene Zugfeder 178 ist bestrebt, den Anker in seiner äußeren Sperrstellung zu halten, die in F i g. 6 veranschaulicht ist. Der Anker 176 wird von einem Stift 180 durchsetzt, der in einen entsprechenden Schlitz im Sperrhebel 168 eingreift, so daß alle Teile die in F i g. 6 gezeigte Lage einnehmen, wenn sie sich in der Sperrstellung befinden. Wenn die Magnetspule 174 erregt wird, zieht sie den Anker 176 in sich hinein, so daß der Sperrhebel 168 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt und dadurch die Anschlagfläche 172 aus dem Weg der Laufrolle 166 entfernt wird. Danach ist der Riegelhebel 134 frei, unter der Kraft der Druckfeder 138 entgegen dem Uhrzeigersinn von der Stellung nach F i g. 4 in die Stellung nach F i g. 5 zu verschwenken, wodurch der Riegel 118 zurückgezogen wird. Infolgedessen hat ein Erregen der Magnetspule 174 ein Zurückziehen des Riegels zur Folge. Eine symmetrische Anordnung, die in der rechten Hälfte der F i g. 6 teilweise dargestellt ist, dient dazu, den Riegelständer 106 gleichzeitig zu betätigen.

Die Freigabestellung ist in F i g. 5 veranschaulicht. In dieser Stellung ist die Antriebsplatte 64 frei, unter der Kraft der Feder, die in den Federgehäusen 58 und 60 angeordnet sind, nach unten zu laufen, um den Schalter erneut zu schließen, wenn der Kontaktträger 66 mit den beweglichen Kontakten 68 und 70 mit den festen Kontakten 50 und 52 in elektrischen und mechanischen Kontakt kommen kann. F i g. 5 veranschaulicht den Zustand unmittelbar nach der Freigabe der Antriebsplatte 64, bei der sich die Antriebsplatte 64 gerade unterhalb der Kante des gerade zurückgezogenen Riegels 118 befindet.

Zwischen den Seitenplatten des Riegelständers ist auf einem Stift 184 ein Rückstellhebel 182 gelagert. Dieser Rückstellhebel ist durch ein Verbindungsglied 186 und zwei Schwenkzapfen 188 und 190 mit dem unteren Arm 144 des Riegelhebels 134 verbunden. Das obere Ende des Rückstellhebels 182 trägt eine Laufrolle 19Z die sich im Weg der Antriebsplatte 64 befindet, so daß sie von der Antriebsplatte mitgenommen werden kann. Bei zurückgezogenem Riegel 118 befindet sich die Laufrolle 192 in einer angehobenen Stellung, wie sie in Fig.5 veranschaulicht ist Wenn die Antriebsplatte 64 sich aus der in F i g. 5 dargestellten Mittelstellung weiter nach unten bewegt kommt sie an der Laufrolle 192 zum Anliegen und bewirkt ein Verschwenken des Rückstellhebels 182 im Uhrzeigersinn von der in F i g. 5 gezeigten Stellung in die Stellung nach F i g. 4. Die Lagerung der Laufrolle 192 und die Schwenkzapfen 184, 188 und 190 sind so angeordnet, daß eine wesentliche Obersetzungsrichtung den Druck auf die Feder 138 erleichtert und daß andere Widerstandskräfte überwunden werden, wenn sich die Antriebsplatte 64 abwärts bewegt und der Riegelhebel 134 sich in die in F i g. 4 dargestellte Stellung bewegt Hat dieser seine Endstellung erreicht schwenkt der Sperrhebel 168 in die in F i g. 6 dargestellte Anlagestellung, um die Verriegelungseinrichtung in der in F i g. 4 gezeigten Stellung zu halten. Wenn die Antriebsplatte 64 ihre Bewegung beendet hat und auf ihrer Magnetspule 90 aufsitzt, sind die Kontakte geschlossen, und es befindet sich die Verriegelungseinrichtung in der in F i g. 4 veranschaulichten Stellung, abgesehen von der Stellung der Antriebsplatte 64. Wenn dann zum nächsten öffnen des Leistungsschalters der Schalter 98 geschlossen und

ίο die Magnetspule 90 erregt wird, wird die Antriebsplatte 64 bis über den Riegel 118 nach oben getrieben, wobei der Riegel 118 zunächst gegen die Kraft der Druckfeder 126 zurückgedrückt wird und dann unter der Antriebsplatte 64 wieder nach außen springt, so daß die Antriebsplatte auf dem Riegel 118 aufsitzt, wie es F i g. 4 zeigt. Wie oben beschrieben, werden durch diese Aufwärtsbewegung der Antriebsplatte 64 die Kontakte schnell geöffnet, und es wird ein Gas in den Spalt zwischen den sich öffnenden Kontakten geblasen. Danach ist ein Arbeitszyklus abgeschlossen.

Die vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Einzelheiten führen zu einem sehr schnell arbeitenden Leistungsschalter, der eine im Verhältnis zur Schaltleistung sehr kleine Baugröße und eine sehr

hohe Gleichstrom-Überschlagsspannung aufweist. Infolge der Ausbildung der Gaskanäle und der Art und Weise, in der ein Gasstrom hoher Geschwindigkeit in dem kritischen Raum zwischen den Elektroden erzeugt wird, wird eine Kühlung des Lichtbogens und eine Ver-

größerung der Bogenstrecke erzielt, die zu einem ungewöhnlich hohen Spannungsabfall im Gleichspannungslichtbogen führt. Diese Tatsache ist besonders nützlich, wenn der Strom von dem sich öffnenden Leistungsschalter auf Parallelpfade übertragen werden soll, die

moderne Magnetfeld-Schaltröhren enthalten, wie es oben erwähnt wurde. Moderne Magnetfeld-Schaltröhren haben einen Spannungsabfall, der bei der Führung hoher Ströme in der Größenordnung von 1 kV liegt. Infolgedessen ist der erfindungsgemäße Leistungs-

schalter besonders nützlich zur Erzeugung der Lichtbogenspannung, die erforderlich ist, um den Strom von dem sich öffnenden Hochgeschwindigkeits-Leistungsschalter auf die Schalter mit gekreuzten Feldern zu übertragen, die den Strom infolge des Sich-Öffnens des

Hochgeschwindigkeit-Leistungsschalters übernehmen. Fig.9 veranschaulicht ein Beispiel für die Anwendung des Leistungsschalters 10. Die Gleichspannungsleistung, die durch eine Schaltanordnung abgeschaltet werden soll, welche den Leistungsschalter 10 nach der

Erfindung enthält wird gewöhnlich von einer Leistungsquelle 210 abgeleitet die einen Wechselstrom-Generator 212 speist Der Generator 212 liefert die elektrische Ausgangsleistung an einen Transformatoi 214. der die Spannung auf einen zur Übertragung ge·

eigneten Wert anhebt Die vom Transformator 214 ge lieferte Leistung wird einem Gleichrichter 216 züge führt Der Gleichrichter 216 hat positive und negative Ausgangsleitungen 218 und 220. In die Leitungen in Se ne geschaltete Induktionsspulen 222 und zwischen die

Leitungen geschaltete Kondensatoren 224 dienen zui üblichen Gleichspannungsfilterung und -glättung. Sie sind vorzugsweise am Ausgang des Gleichrichters 2« angeordnet wie es in Fig.9 gezeigt ist In mancher Fällen kann die Reaktanz des Übertragungssystem!

ausreichend sein, um eine für wirtschaftliche Leistungs übertragung ausreichende Glättung zu bewirken.

In die Leitung 218 ist zwischen den Gleichrichter 2« und das Übertragungssystem 230 eine Schaltanordnuni

226 eingeschaltet. Eine gleiche Schaltanordnung 228 befindet sich auch in der Leitung 220. Auf diese Weise wird eine bipolare Schalteinrichtung geschaffen, deren Anwendung wegen der hohen Spannung, die in solchen Gleichspannungs-Übertragungssystemen häufig verwendet werden, zweckmäßig ist. Bei Systemen mit niedrigerer Spannung braucht nur eine Schaltanordnung vorgesehen zu werden.

Bei Hochspannungs-Gleichstromsystemen ist es üblich, solche Leitungspotentiale zu verwenden, daß eine Leitung über und die andere unter Erdpotential liegt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Verteilung der Isolation zwischen den Leitungen und der Leitungen gegenüber Masse erzielt. Jede der Leitungen kann im Bereich des Übertragungssystems oder der Last 234 gegenüber der anderen Leitung oder gegenüber Masse fehlerhaft sein. Daher ist ein unabhängiger Schutz für jede Leitung notwendig, wie es durch die Schaltanordnungen 226 und 228 vorgesehen ist. Ein Fehler zwischen den Leitungen ist in F i g. 9 durch den Schalter 232 veranschaulicht.

Jede der Schaltanordnungen, wie beispielsweise die Schaltanordnung 2?6, enthält ein Schaltgerät 236 in dei Leitung und eine impedanzerhöhende Einrichtung 238 Das Schaltgerät 236 in der Leitung besteht aus derr Leistungsschalter 10, der zwischen den Gleichrichte: 216 und die Last 234 in die Leitung 218 eingeschalte ist. Der Leistungsschalter 10 ist von solcher Art, daß ei beim öffnen einen ausreichend hohen Spannungsabfal erzeugt, um den Strom von dem Weg niedriger Impe danz, der normalerweise durch den geschlossenen Lei stungsschalter gebildet wird, auf die impedanzerhöhen de Einrichtung 238 zu übertragen.

Wie oben behandelt, können an die Klemmen 24; und 244 verschiedene impedanzerhöhende Einrichtun gen angeschlossen sein. Beispiele für solche Einrichtun gen sind in den US-PS 35 34 226, 36 41 358, 36 11 031 und anderen, oben genannten US-Patentschriften be handelt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Leistungsschalter mit mindestens einem in einem Gestell angeordneten festen Kontakt mindestens einem relativ zu dem Gestell und dem festen Kontakt beweglichen Kontakt der bei geschlossenem Schalter unter Federkraft an dem festen Kontakt anliegt einer Antriebsvorrichtung, mit der der bewegliche Kontakt von dem festen Kon- ι ο takt zur Unterbrechung eines Stromkreises abhebbar ist einer Verriegelungseinrichtung, die eine mit dem beweglichen Kontakt bewegliche Ansehlagfläche und einen mit der Anschlagfläche in Eingriff bringbaren Riegel umfaßt der nach dem öffnen des Schalters mit der Anschlagfläche in Eingriff kommt und dadurch den Schalter in Offenstellung hält, und einer mit dem Riegel verbundenen Auslöseeinrichtung, mit der der Riegel aus der Haltestellung auslenkbar ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine mit dem beweglichen Kontakt (68,70) durch eine Antriebsstange (62) verbundene elektromagnetische Antriebsplatte (64) umfaßt, auf die eine zur Antriebsplatte benachbart angeordnete elektromagnetische Spule (90) wirkt und von deren Flächen eine die Anschlagfläche für den Riegel (118) der Verriegelungseinrichtung bildet, und daß die Auslöseeinrichtung für den Riegel (118) eine mechanische Einrichtung ist und eine Rückstelleinrichtung (134. 136.182) umfaßt, mit der die Antriebsplatte (64) in Eingriff kommt wenn der bewegliche Kontakt in seine Schließstellung zurückkehrt, und die den Riegel (113) in die Haltestellung zurückbringt wenn sie von der Antriebsplatte betätigt wird.

2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Rückstelleinrichtung (134, 186, 192) einen Riegelhebel (134) umfaßt der mit dem Riegel (118) verbunden und so angeordnet ist. daß er den Riegel (118) von der Anschlagfläche abzuziehen vermag, damit der bewegliche Kontakt (68, 70) zum Schließen des Schalters in die Stellung zurückkehren kann, in der er an dem festen Kontakt (50,52) anliegt.

3. Leistungsschalter nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet daß der Riegelhebel (134) von einer Feder (138) belastet ist, die den Riegelhebel in der ein Zurückziehen des Riegels (118) bewirkenden Richtung belastet und daß die Auslöseeinrichtung (134, 158, 160, 168) einen beweglichen Sperrhebel (168) umfaßt der in einer Stellung eine Bewegung des Riegelhebels (134) in der ein Zurückziehen des Riegels bewirkenden Richtung verhindert und aus dieser Stellung auslenkbar ist damit der Riegelhebel (134) eine Bewegung zum Zurückziehen des Riegels (118) ausführen kann.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung (134, 186,182) einen mit dem Riegelhebel (134) verbundenen Rückstellhebel (182) umfaßt, der den Riegelhebei (134) gegen die Kraft der Feder (138) von einer Stellung, bei der der Riegel (118) zurückgezogen ist in eine Stellung bringt bei der der Riegel (118) die Haltestellung einnimmt.

5. Leistungsschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zwei feste Kontakte (50 und 52) und zwei bewegliche Kontakte (68 und 70) vorhanden sind, von denen die beweglichen Kontakte (68 und 70) auf einem gemeinsamen Kontaktträger (66) angebracht und elektrisch miteinander verbunden sind, während die Ansch'üsse (26 und 28) des Schalters mit den festen Kontakten (50 und 52) verbunden sind, so daß beim Abheben des beweglichen Kontaktes (68 und 70) von den festen Kontakten (50 und 52) zwei Schaltstrecken geöffnet werden.