DE2538163B2 - Schaltgerät zum selbsttätigen Abtrennen von durch Kurzschluß gestörten Abzweigleitungen in Mittelspannungsnetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät zum selbsttätigen Abtrennen von durch Kurzschluß gestörten Abzweigleitungen in Mittelspannungsnetzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Schaltgerät ist aus der US-PS 23 87 372 bekannt Die Betätigung dieses Schaltgerätes erfolgt mittels eines von einer Magnetspule erregten Weicheisenankers, der, in das Kraftfeld gezogen, einen Rasterschlitten anstößt und dadurch über weitere mechanische Organe einen Anhub einer Schubstange erwirkt die mit einem Zeitlaufwerk in Verbindung steht Je nach Einstellung einer Auflage sind eine, zwei-, drei- oder mehrmalige Kurzschlußanregungen erforderlich, bis der Weicheisenanker zum Ausklinken gebracht wird. Dieser fällt hierauf im freien Fall auf einen Mechanismus zum öffnen der Kontaktstücke. Dieses rein mechanische Schaltgerät arbeitet mittels eines Zeitschaltwerkes. Auf die Dauer sind solche Einrichtungen nicht zuverlässig. Auch die vielen Hebel und Gelenke erhöhen die Störungsanfälligkeit des doch recht komplizierten Mechanismus. Ein weiterer Nachteil ist daß der Weicheisenanker allein im freien Fall durch sein Eigengewicht die Verriegelung zum Auslösen des Schalters betätigen kann und daher das Schaltgerät nur in Vertikallage zum Einsatz kommen kann.

Bei einem Schaltgerät ähnlicher Art gemäß der

US-PS 27 10 320 befindet sich das Relais unter öl im Behälter eines Leistungsschalters. Anstelle des Gestängemechanismus dient zur Halterung des Auslöseorgans ein Kugeigesperre. Es erfolgt ein schrittweises Anheben dieses Auslöseorgans bis es an einem Auslöseschalter anschlägt Da es in der Ausgangsstellung lose in einem Gehäuse liegt, wird seine Rückführung ausschließlich durch sein Eigengewicht bewirkt Das Gerät ist somit gleichfalls lagebedingt Die Anhubbewegungen werden durch einen von einem Leckspalt verursachten öl-Rückstromwiderstand abgebremst und damit um vorbestimmte Zeiten verzögert Diese hydraulische Verzögerung ersetzt die Zeitschaltuhr. Dieses bekannte Gerät umfaßt jedoch nur den Relaisteil, während der eigentliche Trennschalter davon örtlich getrennt untergebracht ist Dies ist auch bei dem Schaltgerät gemäß der US-PS 27 52 453 der Fall, wobei das Relais wiederum unter öl in einem Behälter eines Leistungsschalters untergebracht ist Auch bei diesem Gerät kehrt der Auslösekolben von seiner Anhubstellung nur unter dem Einfluß seines Eigengewichtes in seine Ausgangsstellung zurück, weshalb auch dieses Schaltgerät nur in bestimmter Stellung brauchbar ist Zudem ist die von Magnetringen bewirkte Anhubfixierung keinesfalls zuverlässig. Unregelmäßigkeiten treten vor allem dann auf, wenn Kurzschlüsse in sehr unregelmäßigen Abständen auftreten und hierbei nur Zwischenstellungen im Anhub des Kolbens erreicht werden. Das Gerät weist auch keine Einrichtung zur zeitlichen Verzögerung der Rückkehrbewegung des Auslöseorgans in die Ausgangsstellung auf.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgerät der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es unabhängig von der Einsatzstellung zuverlässig und störungsfrei arbeitet und außerdem das gesamte Gerät in einem üblichen Gehäuse untergebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Schaltgerätes ergibt sich daraus, daß Auslöser und Trennschalter in einer derart zweckmäßigen Weise miteinander kombiniert sind, daß es in seiner geschlossenen Bauweise in einem handelsüblichen und der Norm entsprechenden Sicherungsträger untergebracht werden kann. Hierdurch werden die Einsatzmöglichkeiten wesentlich vereinfacht und erweitert, zumal das Gerät auch in Schräg- oder Horizontallage störungsfrei arbeitet Da das hydraulisch betätigte Schaltgerät nur Verschiebeelemente und keine Gelenkverbindungen aufweist, ist es auch weniger störungsanfällig.

Besonders vorteilhaft läßt sich das Schaltgerät bauen, wenn die direkt am Schaltstift angreifende Verriegelung durch einen Kolben entriegelbar ist, der mittels einer hydraulischen Verbindung vom Weicheisenanker in Richtung Entriegelung mitziehbar ist. Zweckmäßig ist dabe^; der Kolben als Ringkolben ausgebildet, der im Inneren des Weicheisenankers den von einem Zentralrohr geführten Schaltstift ringförmig umgibt.

Eine zweckmäßige Verriegelung für den Schaltstift sieht in eine Längsnut des Schaltstiftes eingreifende Stahlkugeln mit einem Auslöseschlitten vor, der die Kugeln in Verriegelungsstellung umschließt und der zum Entriegeln vom Kolbenführungsrohr anhebbar ist.

Das Kolbenführungsrohr läßt sich mit dem Ringkolben in jeder Betriebsstellung durch ein Gesperre festhalten, wenn der Weicheisenanker infolge einer Erregung der Magnetspule durch den Leistungsschalter seine Entriegelungsstellung verläßt. Dazu eignen sich Gesperrekugeln, ein federbelasteter Kugelklemmring, der die Gesperrekugeln in die Sperrstellung belastet, und ein Konusring als Gesperre besonders.

Weiterhin hat sich als vorteilhaft ergeben, wenn am Kolbenführungsring ein mit einem Gesperrerohr fluchtendes und gegenüber diesem verschiebbares Freilaufgesperre ausgebildet ist, das bei Überschreitung einer vorbestimmten Rückführungsstrecke des Ringkolbens und damit des Gesperrerohres mit den Gesperrekugeln in Eingriff kommt.

Als Rückbewegungseinrichtung ist der Ringkolben zweckmäßig mit einer einstellbaren Düse zur Einführung von Flüssigkeit in den Ringzylinderraum ausgerüstet

UiH die Bewegung des Weicheisenkerns zu begrenzen, ist dieser zwischen einer durch einen Anschlag am Rohrzylinder fixierten Entregungsstellung, in der der Weicheisenanker mittels einer Druckfeder gehalten ist und einer durch einen Anschlagring fixierten Anregungsstellung entgegen der Druckfeder bewegbar. Zweckmäßig ist der Anschlagring zur Veränderung des Hubweges des Weicheisenankers in seiner Anschlaghöhe veränderbar.

Um das Schaltgerät auch von Hand oder durch einen anderen Impulsgeber auslösen zu können, ist ein auf den Ringkolben wirkender Auslösestift zum Entriegeln des Schaltstiftes vorgesehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein einpoliges Schaltgerät in eingeschaltetem Zustand und in Ruhestellung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 2 einen Teilausschnitt einer elektro-hydromechanischen Einrichtung gemäß Fig. 1, jedoch im Anregungszustand,

Fig.3 einen Teilausschnitt gemäß Fig.2 nach Beendigung des ersten Anregungszustandes,

F i g. 4 einen Teilausschnitt gemäß F i g. 2 nach wiederholter Anregung,

F i g. 5 das einpolige Schaltgerät während des Ausschaltvorganges,

F i g. 6 einen Teilauschnitt nach F i g. 2 im Anregungszustand nach Beendigung einer längeren spannungslosen Pause,

F i g. 7 einen Teilausschnitt einer Einrichtung für eine Auslösung nach einmaliger Anregung,

F i g. 8 den gleichen Teilausschnitt nach F i g. 7 für eine Auslösung nach dreimaliger Anregung,

Fig.9 einen Teilausschnitt der Einrichtung für eine manuelle bzw. von anderen Polen angeregte Auslösung,

Fig. 10 ein Netzbild mit angegebener Fehlerstelle, ohne Schaltgeräte zum Abtrennen von Abzweigleitungen,

Fig. 11 das gleiche Netzbild mit Schaltgeräten für die Abzweige,

F i g. 12 das gleiche Netzbild mit Schaltgeräten in den Abzweigen und deren Verästelungen,

Fig. 13, 14, 15, 16, 17 und 18 Strom-Zeitdiagramme bei verschiedenen Kurzschlüssen und Schaltvorgängen,

Fig. 19 einen Detailschnitt in vergrößerter Darstellung des Verriegelungsorgans in Verriegelungsstellung und

Fig.20 einen Detailschnitt gemäß Fig. 19, jedoch in Entriegelungsstellung.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit bei der Betriebsfünrung werden Mittelspannungsnetze vorwiegend als

Strahlennetze (Fig.-10, 11, 12) betrieben, wobei von einem Netzknotenpunkt aus über Leistungsschalter 1 mit entsprechender Schutzeinrichtung einzelne Hauptleitungen 2 über Abzweigungen 3 und deren Verästelungen 4 zu den Verbrauchern führen. Ein auftretender Lichtbogenfehler an der Verästelung 4 wird vom Leistungsschalter 1 durch eine Aus-Ein-Schaltung behoben. Eine Störungsausweitung ist damit verhindert. F i g. 13 zeigt in einem Strom-Zeitdiagramm den Ablauf dieser Kurzschlußfortschaltung. Es bedeuten JB 2 den Betriebsstrom, welcher auf der ungestörten Hauptleitung 2 fließt, JK1 den Kurzschluß-Anregestrom für den Leistungsschalter 1, JM den am Netzknotenpunkt anstehenden maximalen Kurzschlußstrom, At 1 die Anrege- sowie Pt\ die spannungslose Pause von der Kontakttrennung und Lichtbogenlöschung bis zur Wiedereinschaltung des Leistungsschalters 1.

Tritt nun statt eines Lichtbogenfehlers ein festanstehender Kurzschluß an der Verästelung 4 auf, so wird nach einer erfolglosen Kurzschlußfortschaltung der Leistungsschalter 1 nach Ablauf einer Zeitstaffelung des Distanzschutzes zur Auslösung gebracht. Für die Abnehmer, welche über die Hauptleitung 2 und deren Abzweigungen versorgt werden, tritt damit eine Langzeitstörung auf. Fig. 14 zeigt ein Strom-Zeitdiagramm einer erfolglosen Kurzunterbrechung. Nach Ablauf der Kurzschlußzeit St 1 welche vom Staffelplan der Schutzeinrichtung bestimmt wird, kommt es zur Langzeitabschaltung.

In F i g. 11 ist das Netzbild gemäß F i g. 10 dargestellt, jedoch mit der Abänderung, daß die von der Hauptleitung 2 abzweigenden Leitungsstrecken mit einem erfindungsgemäßen Schaltgerät 53 ausgestattet sind. Ein Lichtbogenfehler an der Abzweigung 3 wird, wie in Fig. 10, mit einer Kurzschlußfortschaltung des Leistungsschalters 1 zur Löschung gebracht. Gleichzeitig wird das Schaltgerät 53 an der Abzweigung 3 angeregt Verbleibt es bei einem Lichtbogenfehler, wird das angeregte Schaltgerät 53 nach'einer einstellbaren Zeit wieder in Ruhestellung gehen. Der Netzbetrieb geht ohne störende Nebenwirkungen weiter. Bei einem feststehenden Kurzschluß wird die Schaltarbeit der Kurzunterbrechung (Fig. 17) ebenfalls vom Leistungsschalter 1 aufgebracht, das Schaltgerät 53 im Abzweig 3 angeregt und in der spannungslosen Pause Pt'\ in Bereitschaft gebracht, nach Beendigung der Pause und Zuschaltung des Leistungsschalters 1 auf den noch anstehenden Kurzschluß an der Verästelung 4 kommt der im Netzknotenpunkt befindliche Leistungsschalter 1 nach Ablauf der Staffelzeit St 1 der Schutzeinrichtung zur endgültigen Auslösung. Gleichzeitig mit der Zuschaltungszeit wird das erfindungsgemäße Schaltgerät 53 in der Abzweigung 3 in Auslösestellung gebracht und gibt nach Beendigung der Kurzschlußzeit den sofortigen Ausschaltimpuls -453. Die Hauptleitung 2 ist spannungslos und wird nach einer erfahrungsgemS Ben Wartezeit Wt 1 manuell oder automatisch mit dem Leistungsschalter 1 zugeschaltet Dabei ist der EeIastungsstrom JB um die Last der vom Schaltgerät 53 abgetrennten Abzweigung 3 geringer. Eine Langzeil störung tritt nur für die am Kurzschluß beteiligte Abzweigung 3 auf.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Schaltgerät in Einschaltstellung und in F i g. 5 kurz vor Beendigung des Ausschaltvorganges gezeigt. Die Fig. 2, 3, 4 urd 6 dienen der besseren Verdeutlichung der Funktionen. Die Figuren stellen jeweils nur einen Pol bzw. Ausschnitte eines Pols dar.

Der Stromverlauf fuhrt in diesem Schaltgerät von einer unteren Kontaktkappe 5 über eine Kontakt-Tellerfeder 6 durch eine Magnetspule 7, an deren Ende sich ein Rohrzylinder 8 anschließt. Von diesem wird über Rollenkontakte 9 die Stromführung auf einen Schaltstift 10 übertragen, der an seinem Ende in einen Tulpenkontakt 11 eingeführt ist, welcher zweckmäßig mittels einer Verschraubung mit einer oberen Kontaktkappe 12 verbunden ist. Ein Isolierrohr 13 bildet den Gehäusemantel des Schaltgeir.ites. Das Rohr ist mit den Kontaktkappen 5 und 12 in geeigneter Weise druckdicht verbunden. Im unteren Abschnitt ist das Isolierrohr 13 größer a jsgebohrt Hier zentriert es die Magnetspule 7 und einen Flansch des Rohrzylinders 8.

Der dort beginnende stärkere Rohrmantel stützt den Flansch, die Spule uni die Tellerfeder, welche bei Temperaturschwankun{;en und dynamischer Beanspruchung bei Kurzschlüssen nachgehend einen gleichmäßigen Kontaktdruck gewährleistet An der oberen Kontaktkappe 12 ist in einem Verschlußteil 14 ein Überdruck-Kugelventil 15 eingebaut Mittels eines elastischen O-Ringes v/ird dabei eine Abdichtung zum Verschlußteil 14 und der mit einer Druckfeder belasteten Kugel erreicht Die Druckfeder stützt sich an einem Federring ab, welcher in einer eingestochenen Nut des VerschlußteiU; 14 eingerastet ist Der Federdruck auf die Kugel und den Dichtungs-O-Ring ist so gewählt, daß die entstehenden Schaltgase bei einer Lastabschaltung vor Erreichen eines schädlichen Druckanstieges das Kugelvent il öffnen und ausblasen.

Den unteren Abschluß des Schaltgerätes bildet ein Zentralrohr 16. Am oberen Zentralrohrende ist der stationäre Teil eines Kugelkäfigs 17 verschraubt. Die zweckmäßig glatte Innenwandung der Zentralrohrbohrung dient zur Führung des Schaltstiftes 10. Dei Schaltstift weist eine Aufnahmenut auf, in der mil Vorspannung aufgezogene Nutringe 18 sitzen, die mil ihren äußeren Dichtlippen an die Zentralrohrbohrung drücken und im stationären wie im Bewegungszustanc des Schaltstiftes 10 eine optimale Abdichtung gewährleisten. Ein Flansch des Zentralrohres 16 sitzt auf dei Kontaktkappe 5 auf. Aj ι seinem äußeren Rand ist dei Flansch eingestochen und ein Anschlagring 19 mit Paßsitz aufgesteckt. Parallel zur Bohrung des Zentral-

rohres 16 befindet sicli ein Auslösestift 20. Über eir Isoliergestänge kann damit eine manuelle oder vor anderen Schalterpolen angeregte Auslösung erfolgen.

Am oberen Ende des Rohrzylinders 8 ist ein au: Isolierstoff bestehender Federhalter 21 befestigt Eine

so Zentrierung ergibt sich von der Innenwandung des Isolierrohres 13. Der äußere Flansch des Federhalter!

21 ist mehrmals eingekerbt, um eine Zirkulation der irr Schaltergehäuse eingefüllten Schaltflüssigkeit zu er möglichen. Seine Zentnilbohrung führt den Schaltstif

10. Innerhalb einer Gewindestulpe des Federhalters sine eine zylindrische Ausbohrung 22 und eine, am Boder befindliche Düsenbohrung 23 ausgebildet Erfolgt eine Auslösung des Schalters, entspannt sich eine Zugfedei 24 und zieht einen Spannanker 25 mit seinem unteret Kolbenteil in die zylindrische Ausbohrung 22. Der Sto£ der Bewegungsenergie wird aufgefangen durch di< Verdrängung der Schallflüssigkeit aus der Ausbohrunj

22 über die Düsenbohrung 23 (F i g. 5). In den Schaltstif 10 ist eine Nut eingestochen, in der Federringe Ii eingerastet sind. Die Zugkraft der Zugfeder 24 wire damit vom Spannanker 25 über die Federringabstüt zung auf den Schaltstift 10 übertragen. Dieser kam jedoch nicht ausweichen, weil er an der Oberkante

seiner eingeschnittenen Längsnut 27 von Stahlkugeln 28, welche symmetrisch in Bohrungen des Kugelkäfigs 17 liegen und an den Schaltstift angedrückt werden, abgestützt wird. Ein zylindrischer Ablöseschlitten 29 mit einem inneren Nasenflansch als Gleitführung und Federauflage sowie einer konischen Kugelzuhaltung hindert die Stahlkugeln 28 am Ausweichen. Ein Ring 30 ist mit dem stationären Teil des Kugelkäfigs 17 verschraubt Er dient für die obere Führung des Auslöseschlittens 29 und zur Abstützung einer Zuhalte- ι ο feder 31. Der Auslöseschlitten 29 hat am Ende eine Nut, in die ein Federring eingerastet ist, welcher als Auslöseanschlag 32 dient

innerhalb der Magnetspule 7 befindet sich, getrennt durch einen geringen Spaltabstand, ein Weicheisenanker 33. An seinem äußeren Umfang sind in Längsrichtung Einschnitte angebracht, welche bei Hubbewegungen die verdrängte Schaltflüssigkeit abführen. Mit einer Druckfeder 34, die im Ruhezustand leicht vorgespannt ist, wird der Weicheisenanker an einen Anschlag des Rohrzylinders 8 gedruckt An der oberen Innenseite des Weicheisenankers 33 ist ein Kunststoffrohr 35 mit nach innen gerichtetem Flansch verschraubt Oberhalb der Verschraubung sind an seinem Umfang Bohrungen 36 vorhandea Am oberen Ende des Kunststoffrohres 35 ist ein Kugelgesperre-Anschlag 37 in der Form eines ringförmigen T-Stücks angeordnet, an dessen Unterseite eine Ventilfeder 38 abgestützt ist. Die Innenseite dieses T-Ringes dient bis zum Anschlag zyr Führung eines Ringventils 39. Der Dichtungssitz des Ringventils 39 ist der Innenflansch des Kunststoffrohres 35. In einer eingedrehten Nut des Ringventils 39 sitzt ein mit Vorspannung eingesetzter Nut-Dichtungsring 40, dessen innere Dichtlippen an ein Kolbenführungsrohr 41 drücken, welches mit einem Ringkolben 42 verbunden ist Die Abdichtung gegenüber dem Weicheisenanker 33 erfolgt hier ebenfalls mit einem Nut-Dichtungsring 43.

In einem abgedichteten Ringzylinderraum 65 drückt eine vorgespannte Druckfeder 44 gegen den Unterteil des Innenflansches des Kunststoffrohres 35 und den Ringkolben 42. In den Ringkolben 42 eingesetzt ist eine regelbare Düse 45, welche mittels einer Bohrung 46 eine öffnung zum Ringzylinderraum und über einen Ringkanal 47 und einen Ringfilter 48 eine Verbindung zum Gehäuseraum des Schaltgerätes herstellt.

Das Kolbenführungsrohr 41 ist am oberen Ende zur Bildung einer Kugeltasche hinterdreht, in welche die Stahlkugeln 28 bei einer Schalterauslösung ausweichen können. Das im Schnitt T-förmige Kolbenführungsrohr-Ende ist eine Abstützung für eine Druckfeder 49 eines so Freilaufgesperres 50. Ein Gesperrerohr 51 ist fest mit dem Kolbenführungsrohr 41 verschraubt Das Rohr des Freilaufgesperres 50 hat am Oberteil den gleichen Durchmesser wie das Gesperrerohr 51, es ist am Unterteil so weit abgedreht, daß es freispielend in das Gesperrerohr 51 eintaucht Es hat am Ende einen kleinen Innenflansch, an welchem die Druckfeder 49 auflastet Der Innenflansch und das T-förmige Ende des Kolbenführungsrohres 41 sind dabei Gleitführungen während der axialen Bewegung des Freilaufgesperres ^w) 50. Auf dem Ring des Kugeigesperre-Anschlages 37 liegen auf dem gesamten Kreisumfang Gesperrekugeln 52 auf. Ist der Weicheisenanker 33 auf Anschlag, haben die Gesperrekugeln 52 zu einem Konusring 53 ein kleines Spiel. Der Konusring 53 ist aus gehärtetem Stahl und fest in den Rohrzylinder 8 eingeschrumpft Über den Gesperrekugeln 52 liegt ein Kugelklemmring 54 auf, der über eine leichte Druckfeder 55, welche sich an einem Federring 56 abstützt, ein Ausweichen der Gesperrekugeln 52 verhindert.

Um die Schaltmechanik des erfindungsgemäßen Schaltgerätes anzuregen, muß ein Anregestrom JA das Mehrfache eines höchstzulässigen Betriebsstromes JB betragen. Es handelt sich dabei nicht mehr um kurzzeitig auftretende Lastspitzen, sondern um betriebsstörende Kurzschlußströme JM.

In Fig.2 ist die elektrohydromechanische Einrichtung des Schaltgerätes im Anregungszustand gezeigt. Dabei hat der Stromfluß in der Magnetspule 7 mindestens einen Wert JA erreicht und damit ein magnetisches Kraftfeld angenommen, um den Weicheisenanker 33 in dieses hineinzuziehen. Die anstehende Kraft der vorgespannten Druckfeder 34 sowie der Druckfeder 44 im abgedichteten Ringzylinderraum 65 müssen dabei überwunden werden. Die Schaltflüssigkeit im Ringzylinderraum weicht bei anstehendem Druckanstieg über das angehobene Ringventil 39 durch die Bohrungen 36 des Kunststoffrohres 35 in den Schaltergehäuseraum aus. Zum schnellen Druckausgleich sind am Umfang des Rohrzylinders 8 Bohrungen 57 und 58 vorhanden. Die vom Weicheisenanker 33 verdrängte Schaltflüssigkeit wird über die am Umfang angebrachten Einschnitte abgeführt. Der Kugelgesperre-Anschlag 37 hat sich beim Anziehen des Weicheisenankers 33 von den Gesperrekugeln 52 gelöst, die sich sofort in den Konusring 53 und das Freilaufgesperre 50 klemmen. Es tritt jedoch hier kein Zugmoment auf, denn der Ringkolben 42 stützt sich auf den Flansch des Zentralrohres 16 auf. Der Weicheisenanker 33 wird nicht in die bestehende Kraftfeldmitte gezogen, denn der Anschlagring 19 begrenzt seinen Weg. Zum Zeitpunkt des Auftreffens des Weicheisenankers 33 auf den Anschlagring 19 ist der Druckanstieg und die Verdrängung der Schaltflüssigkeit im Ringzylinderraum beendet und das Ringventil 39 wird durch die Ventilfeder 38 geschlossen. Der Beharrungszustand gemäß Fig.2 wird so lange beibehalten, bis die Kurzschlußzeit beendet ist und der Leistungsschalter am Netzknotenpunkt auf Pausenzeitauslösung schaltet.

Dieser Fall ist in F i g. 3, die das Schaltgerät während der Pausenzeit zeigt, dargestellt. Durch die Stromunterbrechung ist auch das Kraftfeld der Magnetspule 7 zusammengebrochen und die gespannte Druckfeder 34 drückt den nunmehr freien Weicheisenanker 33 bis zum Anschlag am Rohrzylinder 8 hoch. Da hierbei das Ringventil 39 geschlossen ist, ist der Ringzylinderraum ganz abgedichtet, weil neben dem Nut-Dichtungsring 40 des Ringventils 39 auch der Dichtungsring 43 des Ringkolbens gegenüber dem Weicheisenanker abdichtet. Die im Ringzylinderraum 65 eingeschlossene Schaltflüssigkeit bildet somit eine hydraulische Verbindung zwischen dem Kunststoffrohr-Flansch am Weicheisenanker und dem mit dem Kolbenführungsrohr 41 versehenen Ringkolben 42 Beim Anheben des Weicheisenankers wird also der Ringkolben nachgezogen, bis er mit dem Endstück seines Kolbenführungsrohres 41 kurz vor dem Auslöseanschlag 32 zum Stehen kommt. Die Gesperrekugeln 52 behindern diese Bewegung nicht. Die Gesperrelugeln werden mit Erreichen der Weicheisenanker-Anschlagstellung durch den Kugelgesperre-Anschlag 37 des Weicheisenankers angehoben und ihre Sperrwirkung aufgehoben. Dies gibt dem Ringkolben 42 unter der Wirkung der Druckfeder 44 die Möglichkeit, langsam in die Ausgangslage gemäß Fig. 1 zurückzukehren, weil in den Ringzylinderraum über das Ringfilter 48, den Ringkanal 47 und durch die regelbare

Düse 45 in die Bohrung 46 des Ringkolbens Schaltflüssigkeit einfließen kann. Die Düse 45 ist in einer Gewindebohrung verschraubt und kann gegenüber der Bohrung 46 zur Vergrößerung oder Verkleinerung ihres Öffnungsquerschnitts verstellt werden. Auf diese Weise läßt sich die Rückführdauer des Ringkolbens verändern.

Unter Bezug auf die Fig. 11 und 13 kann es sich bei der Kurzschlußanregung (F i g. 2) um einen Lichtbogenüberschlag handeln, weicher in der spannungslosen Pause Pt 1 des Leistungsschalters 1 zum Erlöschen gebracht wird. Bei einer Zuschaltung fließt dann der normale Betriebsstrom IB 2. Bleibt dieser, so wird nach der an der regelbaren Düse 45 eingestellten Zeitspanne für die Ringkolben-Rückführung wieder der Ausgangszustand gemäß F i g. 1 erreicht

Bei einer erfolglosen Kurzschlußfortschaltung, wie in F i g. 17 dargestellt, schaltet der Leistungsschalter 1 nach einer spannungslosen Pause Pt\ wieder zu. In dieser Pausenzeit, welche nach Erfahrungswerten Bruchteile einer Sekunde beträgt, bleibt der Zustand gemäß F i g. 3 nahezu unverändert. Es kommt zu einer Wiederholungsanregung (Fig.4). Ihr Ablauf kann verglichen werden mit der Anregung gemäß Fig.2. Eine Unterscheidung besteht allerdings darin, daß der Ringkolben 42 nach Beendigung der ersten Anregung angehoben ist und das Ende des Kolbenführungsrohres 41 am Auslöseanschlag 32 steht Wird nun der Weicheisenanker 33, wie vorhin schon beschrieben, in das magnetische Kraftfeld gezogen, so treten wieder die Gesperrekugeln 52 in Wirkung und halten das Kolbenführungsrohr 41 mit dem Ringkolben 42, abzüglich des vom Spiel der Gesperrekugeln 52 verursachten Nachgebens, in Anhubstellung. Der Weicheisenanker 33 begrenzt seinen Weg am Anschlagring 19. Die Schaltflüssigkeit im Ringzylinderraum weicht über das Ringventil 39 aus. Diese Anordnung bleibt so lange bestehen, bis nach Ablauf der Staffelzeit St 1 der Schutzeinrichtung im Netzknotenpunkt der Leistungsschalter 1 ausschaltet Die Kurzschlußanregung JA ist damit beendet, das Schaltgerät 53 in der Abzweigung 3 nach Fig. 11 schaltet auf Auslösung. Der Zeitpunkt der Auslösung ist im Strom-Zeitdiagramm der Fig. 17 mit AS3bezeichnet.

In F i g. 5 ist am einpoligen Schaltgerät der Abschaltvorgang dargestellt Wie zu F i g. 3 schon beschrieben, ist das Kraftfeld der Magnetspule 7 nach Abtrennung des Kurzschlusses unterbrochen. Die vorgespannte Druckfeder 34 kann sich entspannen und drückt den Weicheisenanker 33 an den Anschlag des Rohrzylinders 8. Die hydraulische Verbindung im Ringzylinderraum zwischen Weicheisenanker 33, Ringkolben 42 und Kolbenführungsrohr 41 hebt letzteres über den Auslöseanschlag 32 und öffnet dadurch den Auslöseschlitten 29. Die Spannkraft der Zuhaltefeder 31 liegt weit unter der Gegenkraft der Druckfeder 34, so daß bei der Auslösung keine kritische Behinderung eintreten kann. Zudem unterstüilzt die konische Kugelzuhaltung am Auslöseschlitten 29 den Öffnungsvorgang; denn die Zugfeder 24 drückt über die Kante der Längsnut 27 im Schaltstift 10 auf die Stahlkugeln 28, welche dadurch nach außen gedrückt werden. Es besteht hier ein Kräfteparallelogramm zwischen der Kraft der Zuhaltefeder 31 in Verbindung mit der Winkelneigung der konischen Kugelzuhaltung und der Kraft der Zugfeder 24. Die Abwägung der Kräfte muß hier jedoch entscheidend bei der Zuhaltung liegen. Die Anordnung soll nur der unkritischen Auslösung dienen. Die Stnhlkugeln 28 weichen auf die Kugeltaschen des

Kolbenführungsrohres 41 aus und geben den Schaltstift 10 frei, der über die Kraft der Zugfeder 24 zur Kontakttrennung mit dem Tulpenkontakt 11 und damit zur Abschaltung führt. Dabei wird vom Spannanker 25 ein Verdränger 59 ab dem Zeitpunkt der Kontakttrennung über einen eingesetzten Federring 60 mitgenommen und drückt die Schaltflüssigkeit in gezielter Strömungsführung durch Bohrungen 61 in den Lichtbogenkanal. Diese Anordnung ist deshalb vorteilhaft, weil ohne Behinderung eine hohe Anfangsgeschwindigkeit des Schaltstiftes erreicht wird und erst ab Einsetzen des

Schaltlichtbogens die gerichtete Verdrängung der Schaltflüssigkeit beginnt. Wie in Fig. 17 beschrieben, kanne eine Abschaltung

des erfindungsgemäßen Schalters in einem Störungsfall nur in einer spannungslosen Pause zum Zeitpunkt AS3 erfolgen. Die Einrichtung für eine Lichtbogenauslöschung ist für den Fall nach F i g. 15 gedacht, wobei aus betrieblichen Gründen Abschaltungen A oder Umschaltungen von einer Betriebsstrom JB führenden Leitungsstrecke manuell vorgenommen werden müssen. Dazu ist in F i g. 9 die Einrichtung dargestellt Hierzu wird von einem isolierten Auslösegestänge, in bekannter Art, der Auslösestift 20 angehoben, welcher im Schalterraum den Ringkolben 42 mit seinem Kolbenführungsrohr 41 betätigt und eine Ausschaltung herbeiführt, wie sie bereits in F i g. 5 näher erläutert worden ist

Die Betätigung zur Auslösung kann auch über das isolierte Auslösegestänge vom Schaltstift 10 eines anderen Pols erfolgen; denn bei einer Störungsabschaltung könenn zweipolige Kurzschlüsse in verschiedenster Phasenkombination auftreten. Der Auslösevorgang ist dabei gleich der manuellen Auslösung.

Bei einem Zeitrelais mit galvanischen Kontakten,

oder einem elektronischen Zeitrelais mit Signalfuhrung, tritt nach einer eingestellten Zeit die Löschung der Bereitschaft ein. Es besteht eine genaue Abgrenzung von Signalgebung und folgender Befehlsausführung oder deren Verweigerung nach dem Zeitpunkt der Kontaktöffnung.

Wie in Fig.3 beschrieben, beginnt sofort nach Beendigung einer Anregung die Rückführung des Ringkolbens 42 in seine Ruhelage. Die Rückführungs-Zeitdauer ist mittels der regelbaren Düse 45 veränderbar. Im Zeitbereich der Rückführung kann es jedoch vorkommen, daß eine Kurzschlußanregung einsetzt, wenn der Ringkolben 42 mit seinem Kolbenführungsrohr 41 eine Lage erreicht hat, in welcher bei Kurzschlußende der Anhubweg nicht ausreicht den Auslöseschlitten 29 voll anzuheben. Der Auslöseschlitten 29 verbleibt dann in teilweiser Öffnungslage und es könnte im ungünstigsten Fall durch äußere Einwirkung, wie Stöße oder Erschütterung, eine nicht beabsichtete Schalterauslösung herbeigeführt werden.

F i g. 6 zeigt einen Teilausschnitt eines Schaltgerätes im Anregezustand nach Beendigung einer längeren spannungslosen Pause. Vor der Wiederholungs-Anregung ist die Situation nach Fig.3 gegeben. Der Kugeigesperre-Anschlag 37 hebt die Gesperrekugeln so weit an, daß die Sperrung aufgehoben ist und wie dort beschrieben, die Rückführung beginnen kann. Solange das Gesperrerohr 51 am Rückführungsweg an den Gesperrekugeln 52 liegt, ist bei einer Wiederholungsanregung eine sichere Auslösung nach Abfall der Anregung gewährleistet. Wird die Wegstrecke überschritten, wird von den Gesperrekugeln 52 das Freilaufgesperre 50 geklemmt und die Druckfeder 49 gespannt. Das Gesperrerohr 51 wird mit dem

Kolbenführungsrohr 41 und dem Ringkolben 42 leer durchgezogen, bis dieser am Flansch des Zentralrohres 16 ansteht Nach Beendigung der Kurzschlußanregung wird das Kolbenführungsrohr bis kurz vor den Auslöseanschlag 32 angehoben und mittels der Druckfeder 49 das Freilaufgesperre 50 in seine Ruhelage zurückgeführt Damit liegt wieder eine Situation gemäß F i g. 3 vor und es ist eine gesteuerte Auslöseverweigerung erreicht.

F i g. 12 zeigt ein Netzbild, in welchem zusätzlich, wie in F i g. 11, auch in den Verästelungen 4 der Abzweigungen 3 erfindungsgemäße Schaltgeräte 54 eingebaut sind Ein Auslösevorgang in vorbeschriebener Weise brächte hier jedoch keine Vorteile, denn ein Kurzschluß in der Verästelung 4 würde nach erfolgloser Kurzschlußfortschaltung des Leistungsschalters 1 Schaltgeräte 53 und Schaltgeräte 54 zur Abschaltung bringen.

Um eine Abstufung der Auslösungen und damit eine selektive Abtrennung der Schaltgeräte 54 und 53 zu erreichen, ist am erfindungsgemäßen Schaltgerät der Anschlagring 19 entweder verlängert oder verkürzt. F i g. 7 zeigt die Einrichtung mit verkürztem Anschlagring 19, während in F i g. 8 ein verlängerter Anschlagring 19 zu sehen ist Im ersteren Fall wird dabei der Hubweg HW des Weicheisenankers 33 verlängert, womit die hydromechanische Einrichtung bei der ersten Kurzschlußanregung bereits zur Auslösebereitschaft gebracht wird und nach Einsetzen der spannungslosen Pause Pt 1 zur Abschaltung kommt. Die Fig. 16 zeigt in einem Strom-Zeitdiagramm diesen Schaltungsvorgang. JB 3 ist dabei der Betriebsstrom, welcher auf der Abzweigung 3 und seiner Verästelung 4 fließt, At i die Kurzschluß-Anregezeit, AS 4 der Abschaltzeitpunkt des Schaltgerätes 54 an der Verästelung 4, Pt\ die spannungslose Pause des Leistungsschalters 1, JB 3 bis JB 4 der Betriebsstrom an der Abzweigung 3 minus der abgetrennten Verästelung 4. Eine Selektivität ist jedoch nur dann gegeben, wenn das Schaltgerät 53 für zweimalige Anregung ausgelegt ist, wie es vorhin in der F i g. 17 schon beschrieben worden ist Die Fig.8 zeigt hingegen die Einrichtung mit verlängertem Anschlagring. Damit wird der Hubweg HW des Weicheisenankers 33 verkürzt. Die hydromechanische Einrichtung des Schalters benötigt hierbei drei Kurzschlußanregungen, um in der Pausenzeit Pt 3 auszulösen. Wie im Strom-Zcitdiagramm der Fig. 18 dargestellt, ist für den Leistungsschalter 1 eine automatische Nachschalteinrichtung NE erforderlich. Der Kurzschluß K3 ist hier nach Fig. 12 an der Abzweigung 3 angenommen. Die Auslösung des Schaltgerätes 53 erfolgt hier zum Zeitpunkt /453. Die Schalterabstufung ist hier für Schaltgerät S4 zweimalige Anregung mit nachfolgender Abtrennung, für Schaltgerät 53 dreimalige Anregung und nachfolgender Abschaltung. 1st die Kurzschlußstelle an der Verästelung 4, so würde nach F i g. 18 zum Zeitpunkt /454 die Abschaltung des Schaltgerätes 54 erfolgen. Für die Abzweigung 3 würde nach Ablauf der Pausenzeit Pt 2 die Versorung weiterlaufen, JB 3—JB 4.

Erfolgt bei einem Kurzschluß eine Schalterauslösung an einer Abzweigstrecke, so wird von Seiten der von der Abschaltung betroffenen Stromabnehmer alsbald eine Stromunterbrechung an die zuständige Betriebsstelle gemeldet. Die Störungsstelle ist damit bereits lokalisiert. Nach Behebung der Störung muß das Schaltgerät manuell in Einschaltstellung gebracht werden. Zu diesem Zweck wird der Schaltstift 10 in den Schalterraum gedrückt, bis die Längsnut 37 die Stahlkugeln 28 erreicht und die konische Kugelzuhaltung des Auslöseschlittens 29 mit der Kraft der Zuhaltefeder 31 die Stahlkugeln 28 in die Längsnut 27 drückt. Der Einschaltvorgang ist damit abgeschlossen und die Schalterstellung gemäß F i g. 1 erreicht Zur Erleichterung der Einschaltung ist am Schaltstift 10 eine Bohrung 62 zum Eingriff eines einfachen Werkzeuges, wie zum Beispiel eines Schraubenziehers, angebracht. Eine Beschädigung der glatten Bohrung des Zentralrohres 16, welche für eine zuverlässige Abdichtung erforderlich ist, wird damit ebenfalls vermieden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Schaltgerät zum selbsttätigen Abtrennen von durch Kurzschluß gestörten Abzweigleitungen in Mittelspannungsnetzen mit einem in Abhängigkeit von einem in einer zugehörigen Hauptleitung angeordneten und für eine Kurzschlußfortschaltung oder manuelle Nachschaltung ausgebildeten Leistungsschalter ansprechenden elektromagnetischen Auslöser, dessen Weicheisenanker im Inneren einer Magnetspule bewegbar ist, mit einem vom Weicheisenanker umgebenen, in Richtung desselben bewegbaren Schaltstift eines außerhalb der Magnetspule ausgebildeten Trennschalters, mit einer den Schaltstift im Trennschalter in Kontaktstellung haltenden Verriegelung und einer Einrichtung zum Lösen der Verriegelung in einer spannungslosen oder nicht kurzschlußführenden Zeit nach wiederholter Anregung des Auslösers durch den Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöser mit seiner Magnetspule (7) und seinem Weicheisenkern (33) am einen Ende und der Trennschalter (10, 11) am anderen Ende im Inneren eines an den Enden mit Kontaktkappen (5,12) versehenen Isolierrohres (13) eines Sicherheitsträgers untergebracht ist, daß der Schaltstift (10) des Trennschalters (10,11) sich in der Mitte des Isolierrohres (13) vom einen zum anderen Ende erstreckt und in Richtung seiner Trennstellung federbelastet ist und daß die nahe dem inneren Ende des Auslösers angeordnete Verriegelung direkt am Schaltstift (10) angreift

2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung durch einen Kolben entriegelbar ist, der mittels einer hydraulischen Verbindung vom Weicheisenanker (33) in Richtung Entriegelung mitziehbar ist

3. Schaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Ringkolben (42) ausgebildet ist und im Inneren des Weicheisenankers (33) den von einem Zentralrohr (16) geführten Schaltstift (10) ringförmig umgibt und daß der Weicheisenanker (33) mit seinem Gegenflansch sowie der Ringkolben (42) mit seinem Kolbenführungsrohr (41) einen flüssigkeitsdichten abschließbaren Ringzylinderraum (65) bilden.

4. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelung des Schaltstiftes (10) von in eine Längsnut (27) des Schaltstiftes (10) eingreifenden Stahlkugeln (28) gebildet ist, denen ein Auslöseschlitten (29) zugeordnet ist, der sie in Verriegelungsstellung umschließt und der zum Entriegeln vom Kolbenführungsrohr (41) abhebbar ist.

5. Schaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschlitten (29) im auf die Stahlkugeln (28) einwirkenden Bereich einen Innenkreis aufweist.

6. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kolbenführungsrohr (41) mit dem Ringkolben (42) in jeder Betriebsstellung durch ein Gesperre festhaltbar ist, wenn der Weicheisenanker (33) infolge einer Erregung der Magnetspule (7) durch den Leistungsschalter seine Entriegelungsstellung verläßt

7. Schaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Weicheisenanker (33) mit einem Kugelgesperre-Anschlag (37) zum Lösen des Ge-SDerres versehen ist.

8. Schaltgerät nach Ansprüche oder 7, dadurch gekennzeichnet daß als Gesperre Gesperrekugeln (52), ein federbelasteter Kugeiklemmring (54), der die Gesperrekugeln in die Sperrstellung belastet und ein Konusring (53) vorgesehen sind.

9. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolbenführungsrohr (41) ein mit einem Gesperrerohr (5]|) fluchtendes und gegenüber diesem verschiebbares Freilaufgesperre (50) ausgebildet ist, das bei Überschreitung einer vorbestimmten Rückführungsstrecke des Ringkolbens (42) und damit des Gesperrerohres (51) mit den Gesperrekugein (52) in Eingriff kommt

10. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (42) als RCckbewegungseinrichtung mit einer einstellbaren Düse (45) zur Einführung von Flüssigkeit in den Ringzylinderraum (65) ausgerüstet ist

11. Schaltgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Düse (45) ein Ringkanal (47) mit einem Ringfilter (48) vorgeschaltet ist.

12. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß der Weicheisenanker

(33) zwischen einer durch einen Anschlag am Rohrzylinder (8) fixierten Entregungsstellung, in der der Weicheisenanker (33) mittels einer Druckfeder

(34) gehalten ist, und einer durch einen Anschlagring (19) fixierten Anregungsstellung entgegen der Druckfeder (34) bewegbar ist

13. Schaltgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß der Anschlagring (19) zur Veränderung des Hubweges (HW) des Weicheisenankers (33) in seiner Anschlaghöhe veränderbar ist

14. Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf den Ringkolben (42) wirkender Auslösestift (20) zum Entriegeln des Schaltstiftes (10) von Hand oder durch einen anderen Impulsgeber vorgesehen ist