DE2904207A1

DE2904207A1 - Starkstromschalter mit sprengausloesung

Info

Publication number: DE2904207A1
Application number: DE19792904207
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr Niemeyer
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1979-01-11
Filing date: 1979-02-05
Publication date: 1980-07-24
Also published as: JPS5595240A; US4345127A; BR8000119A; CA1144963A; CH635462A5

Description

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Starkstromschalter mit Sprengauslösung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starkstromschalter mit Sprengauslösung, enthaltend eine Schalterkammer mit zwei voneinander isolierten, elektrisch leitenden Aussenanschlüssen und zwei im Inneren der Kammer angeordneten Schalterkontakten mit aneinanderliegenden Kontaktplatten, sowie einer zum Trennen der Kontaktplatten vorgesehenen Sprengkapsel.

Zum Schutz von Starkstromleitungen gegen die bei einem Kurzschluss auftretende, dynamische und thermische Beanspruchung muss die Leitung unterbrochen werden, bevor der Kurzschlussstrom in einer Wechselstromleitung seinen ersten Scheitelwert bzw. in einer Gleichstromleitung den Endwert erreicht hat. Dazu sind Abschaltzeiten in der Grössenordnung einiger Millisekunden erforderlich. Mit mechanisch oder magnetisch ausgelösten Schaltern sind Abschaltzeiten dieser Grössenordnung in Mittel- und Hochspannungsnetzen praktisch nicht zu erreichen, weshalb für diesen Zweck Schalter mit Sprengauslösung entwickelt wurden.

Eine erste bekannte Ausführungsform solcher Schalter enthält eine Drehstabfeder, an deren freiem Ende ein Schaltstück radial abragt. Weiter ist eine Zugstange vorgesehen, die mit einem Hebel zusammenwirkt, um die Drehstabfeder zu spannen und die an dem Schaltstück befestigten Kontaktstücke auf die Hauptstromschiene zu pressen. Die Zugstange weist eine Ausnehmung auf, in die eine Sprengkapsel eingelegt ist. Beim Zünden der Sprengkapsel wird die Zugstange gesprengt, der Hebel freigegeben, und durch das Zurückspringen der Drehstab^ feder werden die Kontaktstücke von der Hauptstromschiene abgehoben .

Bei einer anderen bekannten Ausführungsform ist ein in einem

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Gehäuse angeordneter Stromleiter mit einer Ausnehmung versehen, in die eine Sprengkapsel eingelegt ist. Beim Zünden dieser Sprengkapsel wird der Stromleiter unmittelbar zerrissen.

Wie die praktische Verwendung gezeigt hat, weisen beide Ausführungsformen Nachteile auf. Bei der ersten Ausführungsform ist die Sprengkapsel vom Bereich der elektrischen Kontakte getrennt und kann diese nicht beeinflussen. Dafür erfolgt das allein durch die Federkraft der Drehstabfeder bewirkte Trennen der Kontakte mit einer zeitlichen Verzögerung, derzufolge die erreichbare Abschaltzeit an der oberen Grenze des angestrebten Wertes liegt. Die zweite Ausführungsform ermöglicht wegen der direkten Sprengung des Stromleiters sehr kurze Abschaltzeiten, hat aber den Nachteil, dass die bei der Umsetzung des festen Sprengstoffs entstehenden Schwaden gasförmiger Stoffe die Durchschlagspannung zwischen den Enden des zersprengten Stromleiters und damit die Spannungsfestigkeit des Schalters stark herabsetzt.

Es ist darum das Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Starkstromschalter mit Sprengauslösung zu schaffen, bei dem die Kontakte ohne mechanische Hilfseinrichtungen getrennt werden und die beim Sprengen der Sprengkapsel unvermeidbaren GasSchwaden nicht in den Bereich zwischen den getrennten Kontakten eindringen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Starkstromschalter gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schalterkammer zum praktisch unverzögerten Weiterleiten der Druckwelle von der Sprengkapsel zu den Kontaktplatten mit einem Medium geringer Kompressibilität gefüllt und mindestens einer der zwei Schalterkontakte unter Druck verformbar ausgebildet ist.

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Der neue Schalter ermöglicht, die bei der Sprengung entstehende Druckwelle direkt, d.h. ohne mechanische Hilfseinrichtungen, an die Kontaktstelle zu übertragen und damit bisher nicht erreichbare Abschaltgeschwindigkeiten zu realisieren. Weiter wird durch das die Druckwelle übertragende Medium wirkungsvoll verhindert, dass während der kritischen Zeitspanne nach dem Trennen der Kontakte Schwaden der Sprenggase in den Bereich zwischen den Kontaktplatten kommen und die Durchschlagsspannung herabsetzen.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform des neuen

verflüssigtem

Schalters ist die Schalterkammer mit/iSchwefelhexafluorid gefüllt, das ausser einer geringen Kompressibilität auch eine hohe dielektrische Festiekeit aufweist. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Sprengkapsel und den Kontaktplatten eine Schikane angeordnet, die die geradlinige Ausbreitung der Gasschwaden in Richtung auf die Kontaktzone verhindert.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figur an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Die einzige Figur zeigt den Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des neuen Starkstromschalters,

Der in der Figur gezeigte Schalter 10 ist praktisch rotationssymmetrisch aufgebaut und enthält zwei zum Anschluss an die Starkstromleitung vorgesehene Aussenanschlüsse 11, 12, die von einer aus einem Isoiatormaterial bestehenden Hülse 13 mechanisch miteinander verbunden sind. Die Aussenanschlüsse und die Hülse sind gegeneinander abgedichtet und bilden die Wände einer gas- und flüssigkeitsdichten Schalterkammer 14.

Auf der kammerseitigen Oberfläche des einen Aussenanschlus-

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ses 11 ist ein erster Schalterkontakt 16 aufgelötet. Dieser enthält eine gewölbte Grundplatte 17, auf die ein Wellenrohr 18 aufgelötet ist. Das freie Ende des Wellenrohrs ist mit einer Kontaktträgerplatte 19 verschlossen, auf die eine Kontaktplatte 21 aufgelötet ist. Die Grundplatte enthält eine kreisförmig um die Symmetrieachse liegende Wellung 22, die das federnde Ausbiegen des Mittelteils der Grundplatte erleichtert. Das Wellenrohr 18 enthält zwei Einstiche 23, 24, und die Kontaktträgerplatte 19 enthält eine zentrale kegelförmige Ausnehmung 26, die die mechanische Festigkeit des Wellenrohrs bzw. der Kontaktträgerplatte schwächen und als Sollbiege- bzw. Sollbruchstellen vorgesehen sind.

Auf die kammerseitige Oberfläche des anderen Aussenanschlusses 12 ist der Rand einer becherförmigen Abschirmung 27 aufgeschweisst. Die zylindrischen Seitenwände dieser Abschirmung weisen mehrere grosse Oeffnungen auf, von denen in der Figur nur die Oeffnungen 28, 29, 30, 31 und 32 zu sehen sind. Auf der Aussenflache des Bodens der becherförmigen Abschirmung ist der nach aussen gebördelte Rand 34 eines zweiten Schalterkontakts 36 aufgeschweisst. Dieser Schalterkontakt enthält einen topfförmigen Teil 37 und einen konisch aufgebogenen Teil 38, der in den Rand 34 übergeht. Auf den Boden des topfförmigen· Teils ist eine Kontaktplatte 4l aufgelötet. Am Uebergang im topfförmigen Teil 37 vom topfformigen zum konischen Teil ist je eine umlaufende Kerbe 42 bzw. 43 eingestochen. Die beiden Kerben erhöhen die Verformbarkeit des Schalterkontaktes 36 in axialer Richtung und sind als Sollbiegestellen vorgesehen.

Der Abstand der Kontaktplatten 21, 41 von der Oberfläche der zugeordneten Aussenelektrode 11 bzw. 12 ist so bemessen, dass die beiden Kontaktplatten nach dem Zusammenbau des

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Schalters mit einem Druck aufeinander gepresst werden, bei dem der üebergangswiderstand zwischen den Kontaktplatten möglichst klein ist, der aber nicht ausreicht/ die Schalterkontakte und insbesondere die Sollbruchstellen zu beschädigen. Es ist auch möglich, für eine praktisch widerstandsfreie Verbindung der beiden Schalterkontakte die Kontaktplatten teilw, miteinander zu verlöten.

In dem vom Aussenanschluss 12 und der becherförmigen Abschirmung 27 begrenzten Raum ist eine Sprengkapsel 44 angeordnet. Die Sprengkapsel ist zur elektrischen Zündung mit einem Leiterpaar 46 versehen, das durch die Hülse 13 nach aussen geführt ist.

Die gesamte Schalterkammer 14 ist mit Transformatorenöl gefüllt, das praktisch nicht kompressibel ist und eine hohe dielektrische Festigkeit aufweist. Um temperaturbedingtes Ausdehnen oder Zusammenziehen des Transformatorenöls zu kompensieren, ist in dem einen Aussenanschluss 11 ein Zylinder 47 mit einem leicht verschiebbaren Kolben 48 eingelassen.

Wird bei einer Ueberlastung des Starkstromnetzes die Sprengkapsel 44 gezündet, dann werden die beiden Schalterkontakte allseitig von dem vom Transformatorenöl weitergeleiteten Explosionsdruck beaufschlagt. Dabei brechen die Schalterkontakte zusammen, und die Kontaktplatten 21, 41 werden innert einiger 10 jisec auseinandergerissen. Das zwischen die Schalterkontakte eindringende Transformatorenöl verhindert gewöhnlich die Zündung eines Lichtbogens und bewirkt in jedem Falle, dass Ansätze eines Lichtbogens innert kürzester Zeit wieder gelöscht werden.

Die beim Zünden der Sprengkapsel unvermeidlich entstehenden

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Gase werden von der Abschirmung 27 gegen die umgebende Hülse 13 gelenkt und erreichen den Bereich zwischen den getrennten Kontaktplatten erst zu einem Zeitpunkt, zu dem infolge weiterer, langsamerer Schaltmassnahmen keine Spannung mehr zwischen den getrennten Kontaktplatten anliegt.

Der von der Sprengung erzeugte Druck wird beim Zusammenfallen der Schalterkontakte rasch wieder abgebaut, indem das inkompressible Medium durch die Oeffnungen 26 aus der Schalterkammer in die Volumina 49 und 51 austritt. Die Hülse 13 der Kapsel wird daher nur kurzzeitig druckbelastet.

Es versteht sich, dass der Schalter nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch aufgebaut sein muss, sondern ebenso gut die Form einer Kugel, eines Kubus oder Quaders haben kann. Es ist auch möglich, anstelle des genannten Transformatorenöls ein anderes inkompressibles Medium mit hoher Dielektrizitätskonstante, beispielsweise unter Druck verflüssigtes Schwefelhexafluorid, zu verwenden.

Es versteht sich auch, dass der beschriebene Schalter mit einer parallel geschalteten, einen Schmelzdraht enthaltenden Löscheinrichtung betrieben werden kann. Solche Anordnungen sind jedem Fachmann bekannt, weshalb auf ihre detaillierte Beschreibung ausdrücklich verzichtet wird. Das gleiche gilt für die Einrichtungen zum Bestimmen eines üeberStroms oder Kurzschlusses in der Hauptstromleitung und zum Erzeugen der Zündspannung für die Sprengkapsel.

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Bezeichnungsliste

10	, 12	= Schalter
11		= Aussenanschlüsse
13		= Hülse
14		= Schalterkammer
16		= Schalterkontakt
17		= Grundplatte
18		= Wellenrohr
19		= Kontaktträgerplatte
21		= Kontaktplatte
22	, 24	= Wellung
23		= Einstiche
26		= Ausnehmung
27	- 32	— Abschirmung
28		= Oeffnungen
34		= Rand
36		= Schalterkontakt
37		= topfförmiger Teil
38		= konisch aufgebogener Teil
39		= Kontaktträgerplatte
41	, 43	= Kontaktplatte
42		= Kerben
44		— Sprengkapsel
46	= Leiterpaar

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47	= Zylinder
48	= Kolben
49, 51	= Raum
55	= Bohrung

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Claims

BBC Aktiengesellschaft 4/79

Brown, Boverl & Cie.

Baden (Schweiz) _y/ 9QOA 7f)7

PATENTANSPRÜCHE

' 1. Starkstromschalter mit Sprengauslösung, enthaltend eine Schalterkamraer mit swei voneinander isolierten,- elektrisch leitenden Aussenanschlüssen und swei im Inneren der Kammer angeordneten Schalterkontakten mit aneinanderliegenden Kon™ taktplatten sowie einer zum Trennen der Kontaktplatten vorgesehenen Sprengkapsel, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalterkammer (14) sum praktisch unverzögerten Weiterleiten der Druckwelle von der Sprengkapsel (44) zu den Kontaktplattefi (21, 41) mit einem Medium geringer Kompressibilität gefüllt und mindestens einer der zwei Schalterkontakte (16, 36) unter Druck verformbar ausgebildet ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schalterkontakt (16, 36) hohl ausgebildet ist und mindestens eine Sollbiege- oder Sollbruchstelle (22 bzw. 23, 24, 26 und 42, 43) aufweist.
3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufeinanderpressen der beiden Kontaktplatten (21, 41) mindestens einer der Schalterkontakte (16) als Wellrohr ausgebildet ist.
4. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktplatten (21, 41) miteinander verlötet sind.
5. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verzögern des Vordringens der von der explodierten Sprengkapsel erzeugten Gasschwaden zu den auseinandergerissenen Kontaktplatten (21, 41) eine die Sprengkapsel (44) von den Kontaktplatten trennende Schikane (27) vorgesehen ist.

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6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium geringer Kompressibilität Transformatorenöl ist.
7. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium geringer Kompressibilität eine elektronegative Flüssigkeit ist.
8. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium geringer Kompressibilität verflüssigtes SFg ist.

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