DE2915373C2

DE2915373C2 - Einrichtung zur Schnellunterbrechung von Kurzschlußströmen

Info

Publication number: DE2915373C2
Application number: DE19792915373
Authority: DE
Inventors: Paul Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing.e.h. Brückner; Günter Ing.(grad.) 4030 Ratingen Leonhardt
Original assignee: CALOR-EMAG ELEKTRIZITAETS-AKTIENGESELLSCHAFT 4030 RATINGEN DE
Current assignee: CALOR-EMAG ELEKTRIZITAETS-AKTIENGESELLSCHAFT 4030 RATINGEN DE
Priority date: 1979-04-14
Filing date: 1979-04-14
Publication date: 1985-08-01
Also published as: DE2915373A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Schnellunterbrechung von Kurzschlußströmen mit in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen, von denen eine erste durch Aufsprengen des Stromleiters gebildet und mindestens eine zweite zeitlich verzögert -ind stromlos be- tätigt wird sowie mit einer den Unterbrechungsstelien parallel geschalteten Lichtbogenlöicheinrichtung, die die endgültige Abschaltung vornimmt

Eine solche Einrichtung ist aus der DE-PS 11 61 986 bekannt Dort hat man drei der bekannten Sprengtren ner in Reihenschaltung angeordnet wobei zwei davon zeitlich verzögert betätigt werden sollen. Da diese keinen Strom unterbrechen, sind deren Sperrstrecken nicht von ionisierten Lichtbogengasen durchsetzt und in der Lage, eine hohe Sperrspannung auszuhalten.

so Der Aufwand für drei Sprengtrenner ist hoch, dennoch ist die mit ihnen gebildete Einrichtung nicht für die gewünschten hohen Spannungsreihen einsetzbar. Dies hat eine Ursache in der Ausbreitung der heißen mehr oder weniger noch leitenden Sprenggase in der Trenn strecke dieser stromlos schaltenden Sprengtrenner.

Bei einer bekannten Einrichtung (DE-PS 10 73 577) wird durch das Aufsprengen der einzigen Unterbrechungsstelle die Betätigung der parallel dazu liegenden Strombegrenzungseinrichtung abgeleitet Dabei ist der aufzusprengende Leiter gleichzeitig das Stützglied für die gespannte Kontaktdruckfeder der Strombegrenzungskontakte.

Bei einem anderen Sprengtrenner (DE-OS 19 04 244) mit ebenfalls nur einer Unterbrechungsstelie wird deren abgesprengtes hohles Stromleiterteil in einer Führungshülse verschoben und läuft in eine konische Nische ein, in der es sich rückprallsicher verkeilt Es sind ferner Schalter bekannt (FR-PS 5 32 477), die

durch die Gase eines auf mechanischem Wege gezündeten Detonators antreibbar sind.

Die DE-PS 6 07 604 zeigt einen Vakuumschalter, also eine sprenggasfreie Unterbrechungsstelle, die in einem Isoliermedium mit erhöhter Durchschlagsfestigkeit an- s geordnet und in der Ausschaltstellung von sich gegenüber stehenden verrundeten Elektroden gebildet ist

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs genannte Einrichtung zu vereinfachen und für hohe Spannungsreihen nur mit wenigen Unterbrechungsstellen auszukommen.

Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß durch eine sprenggasfreie, verzögert betätigte Unterbrechungsstelle, die in einem Isoliennedium erhöhter Durchschlagsfestigkeit angeordnet und in der Ausschaltstellung von sich gegenüberstehenden verrundeten Elektroden gebildet ist, zwischen denen sich ein nahezu homogenes elektrisches Feld ausbreitet

Die verzögert betätigte Unterbrechungsstelle wird somit nicht mehr durch unmittelbares Zersprengen des Stromleiters gebildet Die elektrische Verbindung der Elektroden kann über einen beweglichen Kontaktstift hergestellt sein, der aufgrund des Auslösekommandos der Einrichtung von einem Kraftspeicher in eine Unterbrechungsstellung beschleunigt wird. Durch die Zwischenschaltung derartiger, mechanisch zu bewegenden Massen kann schon eine ausreichende verzögerte Betätigung der zweiten Unterbrechungsstelle herbeigeführt sein, selbst dann, wenn zur Einleitung dieses mechanischen Bewegungsablaufes eine zweite SprengSadung eingesetzt wird. Die explosive Masse dieser Ladung, sowie deren Sprenggase lassen sich räumlich ohne weiteres von den die Trennstrecke bildenden Elektroden abschirmen. Deren hohe Sperrfestigkeit für die Spannung kann nunmehr sicher kalkuliert werden. Es ist z. B. ohne weiteres möglich, eine Spannungsfestigkeit von 650 kV zu erreichen, wenn die Elektroden sich nur mit etwa 2 cm Abstand in einer SF6-Atmosphäre von 6 bar gegenüberstehen.

Es ist zweckmäßig, eine der Elektroden in Richtung ihrer gemeinsamen Längsachsen federnd zu lagern, um den notwendigen Kontaktdruck sicherzustellen. Eine vorteilhafte Betätigung der zweiten, stromlos schaltenden Unterbrechungsstelle ergibt sich dadurch, daß ein die Verbindung zwischen den Elektroden herstellendes Organ in Ausschaltrichtung gegen die Kraft einer Ausschaltfeder kraftschlüssig verriegelt und diese Verriegelung durch das Zünden eines geeignet plazierten Sprengsatzes plötzlich aufhebbar ist

Beide Unterbrechungsslf Ilen lassen sich platzsparend in einem einzigen Gehäuse unterbringen. In einer einzigen, hohlen, als Ellipsenhälff; ausgebildeten Elektrode läßt sich die erste Unterbrechungsstelle, die Auslösebzw. Meßeinheit der Einrichtung sowie der Betätigungsmechanismus cter zweiten Unterbrechungsstelle unterbringen.

Wenn die erste Unterbrechungsstelle so gestaltet ist, daß die Sprenggase den Lichtbogen intensiv beblasen und stafk abkühlen, so ist dies für ein gewünschtes rasches Aiisteigen der Lichtbogenspannung günstig. Der Strom wird dadurch sehr schnell auf die parallel liegende Lichtbogenlöscheinrichtung getrieben, und die zweite Unterbrechungsstelle kann leistungslos öffnen. Es ist daher zweckmäßig, wenn die erste Unterbrechungsstelle durcn die Sprengladung düsenförmig aufgeweitet wird und die Sprenggase durch die Düse hindurch abströmen können.

Mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Schnellunterbrechungseinrichtung in Einschaltstellung.

Die Unterbrechungsstellen sind in einem mehrteiligen Isoliergehäuse 1 untergebracht, in dem ein Isoliermedium, z. B. SF6-Gas unter Druck, eingefüllt ist Die im Innern des Gehäuses 1 untergebrachten Elektroden 2,3 sind hohl und im Bereich des wirksamen elektrischen Feldes mit ellipsenhälftenförmiger Außenkontur gestaltet (sog. Rogowski-Elektroden). Der Elektrode 3 ist am rückwärtigen Mantelumfang dicht ein Ringisolator 4 eingesetzt Das als Flansch 5 ausgebildete Ende dieser Elektrode ist zwischen der einen Endkappe 6 des Gehäuses 1 und einem Kontaktflansch 7 unter Zwischenlage von Dichtungen 8, 9 verspannt und gasdicht verschlossen.

Die gegenüberliegende Elektrode 2 ist auf die gleiche Weise verschlossen und abgedichtet Liin Unterschied besteht darin, daß jene mit einem Absatz in einem Rohrvorsprung 10 des Flansches 5a kontaktgebend eingesetzt und darin begrenzt axial bewegen gehalten ist Diese Beweglichkeit ist für den Kontaktdruck erforderlich, der von einer Kontaktdruckfeder 11 aufgebracht wird, die die Elektrode 2 in Richtung auf die andere Elektrode vorzuschieben versucht

An die <ias Gehäuse 1 bzw. die Elektroden verschließenden Kontaktflansche 7 wird der Strom über Anschlußfahnen 12 zugeleitet Von hier aus nimmt es seinen Weg über einen zentralen Leiter 13 im Elektrodeninnern; ein Stromfluß über den Mantel der Elektrode 3 ist wegen des dort eingesetzten Ringisolators 4 nicht möglich. Er durchfließt die erste Unterbrechungsstelle 14, gelangt über eine Zwischenwand 15 an die Elektrode 3 und von hier aus an den Kontaktstift 16, der die Verbindung zur Elektrode 2 herstellt Von dieser wird er von dem Rohrvorsprung 10' übernommen und an den gegenüberliegenden Kontaktflansch weitergcleitet

Parallel zu der Einrichtung ist die Hochleistungssicherung 17 geschaltet. Sie ist unmittelbar an den Konuktflanschen 7 angeschlossen.

In dem Ringraum zwischen dem zentralen Leiter 13 und der inneren Elektrodenwand ist eine aus einem Wandler 18 bestehende Meßeinheit sowie eine nicht näher dargestellte Auslöseeinheit 19 untergebracht.

Die erste Unterbrechungsstelle 14 besitzt einen mit einem Innenkonus versehenen Hohlleiter 14a, der mit seinem offenen Ende durch Lötung kontaktgebend an dem kegelstumpfförmigen Ansatz eines weiterführenden Leiterstückes 146 anliegt. Wird die im Innenkonus des Hohlleiters 14a plazierte Sprengladung 20 durch ein entsprechendes Signa! der Auslöseeinheit gezündet, so reißt das konische Ende des Hohlleiters von Leiterstück 146 ab und weitet sich auf. Es entsteht zwischen diesen Teilen tin düsenförmiger Spalt, durch den hindurch die Sprenggase scharf gebündelt abströmen und einen entstehenden Lichtbogeii intensiv kühlen bzw. verengern. Der Strom wird dadurch rasch auf die parallel liegende Hochleistungssicheru.ng 17 kommutiert, in der er endgültig unterbrochen wird.

Nachdem der Strom auf die Sicherung übergeleitet ist, wird die zweite Unterbrechungsstelle stromfrei abgeschaltet. Dazu wird ein Kurbelarm 21 von dem Sri der Zwischenwand 15 festgesetzten mechanischen Gestänge 22 durch Zündung der im Innern des Gestänges sich befindlichen Sprengladung 20a abgetrennt. Der Kurbelarm 21 verschwenkt sicn entgegen dem Uhrzeigersinn durch die Kraft der gespannten Ausschaltfeder 23, die über den rückwärtigen Mitnehmer 24 den Kontaktstift

16 in die Ausschaltstellung beschleunigt. Der Kontaktstift 16 wird soweit in die Elektrode 3 zurückgezogen bis er bündig mit dieser abschließt. In dieser Stellung ist er mechanisch festgesetzt.

Durch geeignete Wahl der Ausschaltfeder sowie der s damit zu beschleunigenden Massen kann schon auf mechanischem Wege die notwendige Ausschaltverzögerung gegenüber der ersten Unterbrechungsstelle herbeigeführt sein. Den Sprengladungen 20, 20a kann daher gleichzeitig das Zündsignal zugeleitet werden. Bei Bedarf läßt sich auch das Auslösesignal elektrisch verzögern. Für die Entriegelung des Antriebes der zweiten Unterbrechungsstelle ist jeder geeignete Auslösemechanismus einsetzbar.

Eine andere indirekte Betätigungsart der zweiten Unterbrechungsstelle ist in F i g. 2 dargestellt. Der Einfachheit halber ist nur die Elektrode 3 mit ihren Anschlüssen sowie mit ihren Einbauten gezeigt. Gleiche Teile tragen identische Bezugszahlen.

Der rückwärtige Teil des Kontaktstiftes 16 ist hier als Kolben 25 ausgebildet und in einem Zylinder 26 eines Einsatzes 27 angeordnet. In der gezeigten Einschaltstellung wird der Kontaktstift durch Stifte 28 in seiner Lage gehalten, die in dessen Schaft umfänglich eingelassen sind. Eine oder mehrere Treibladungen 29 sind in Ausschaltrichtung vor dem Kolben 25 plaziert. Werden sie durch das Auslösesignal gezündet, so treiben deren Gase den Kolben 25 in den Zylinder 26 hinein, nachdem die Stifte 28 abgeschert worden sind. Das in den Zylinder hineinragende Ende des Kontaktstiftes ist hohl und besitzt eine konische Außenkontur. Es fährt beim Ausschalten in eine ebenfalls konische Einlassung 30 des Einsatzes 27 und verkeilt sich darin. Der Kontaktstift ist damit in der Ausschaltstellung sicher festgesetzt. Mit einer ähnlichen Maßnahme wird der Kontaktstift 16 in F i g. 1 festgehalten. Dort hat der Mitnehmer 24 einen rückwärtigen konischen Ringabsatz mit dem er in einen entsprechenden keilförmigen Vorsprung an der Zwischenwand 15 einläuft

Ein Dichtring 31 sorgt dafür, daß der Kontaktstift 16 jeweils die Elektrode 3 gasdicht durchgreift Die Gasatmosphäre im Gehäuse 1 ist somit vollständig von dem Innenraum der Elektrode 3 abgesperrt Die erste Unterbrechungsstelle 14 hat eine eigene sprenggasdichte Kapselung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Schnellunterbrechung von Kurzschlußströmen mit in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen, von denen eine erste durch Aufsprengen des Stromleiters gebildet und mindestens eine zweite zeitlich verzögert und stromlos betätigt wird sowie mit einer den Unterbrechungsstellen parallelgeschalteten Lichtbogenlöscheinrichtung, die die endgültige Abschaltung vornimmt, gekennzeichnet durch eine sprenggasfreie, verzögert betätigte Unterbrechungsstelle, die in einem Isoliermedium erhöhter Durchschlagsfestigkeit angeordnet und in der Ausschaltstellung von sich gegenüberstehenden verrundeten Elektroden (2, 3) gebildet ist, zwischen denen sich ein nahezu homogenes elektrisches Feld ausbreitet und deren Antrieb durch die Zündung einer Spreng- (2OaJ bzw. Treibladung (29) bewirkt wird.

2 Einrichtusg nach Anspruch Ί. dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2,3) durch einen bewegbaren Kontaktstift (16) miteinander verbunden sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (2) in Richtung der gemeinsamen Längsachse federnd gelagert ist

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungsstellen in einem gemeinsamen Gehäuse (Isoliergehäuse 1) untergebracht sind.

5. Einrichtung nach eit-em der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Unterbrechungsstelle eine eigene Treib- (Z.<j oder Sprengladung (20a) zu ihrer Betätigung aufweist

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Treib- (29) oder Sprengladung (20a) in indirekter Weise auf die beweglichen Organe der Unterbrechungsstelle einwirkt

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verbindung zwischen den Elektroden (2,3) herstellendes Organ (Kontaktstift 16) in Ausschaltrichtung gegen die Kraft einer Ausschaltfeder (23) kraftschlüssig verriegelt ist und diese Verriegelung durch das Zünden einer geeignet plazierten Sprengladung (20a) plötzlich aufhebbar ist

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Verriegelung ein starres mechanisches Gestänge (22) dient, in dessen Innerem die Sprengladung (2OaJ angeordnet ist

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Verbindung zwischen den Elektroden herstellender beweglicher Kontaktstift (16) der zweiten Unterbrechungsstelle mit einem Kolben (25) verbunden ist, der durch Gase mindestens einer Treibladung (29) antreibbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Stromleiter der ersten Unterbrechungsstelle (14) innen konisch vorgeformt ist und durch die Sprengladung (20) düsenförmig aufgeweitet wird und durch die geöffnete Düse hindurch die Spreng- bzw. Löschgase abgeleitet werden.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der im geschlossenen Zustand innen konisch aufgeweitete, die Sprengladung (20) aufnehmende Hohlleiter (14a,} mit seinem Ende kontaktgebend auf einen kegelstumpfförmigen Ansatz

eines weiteren Leiterstückes (i4b) aufgesetzt ist

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2, 3) die Form von Ellipsenhälften haben, die mit ihren geschlossenen Mänteln zueinander gestellt sind und deren offenes Ende jeweils Flansche (5, 5a) für die Befestigung eines Anschlußteiles aufweisen.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß im Hohlraum einer E'.ektrcüe (3)

ίο die Auslöseeinheit (19) der Einrichtung, die erste Unterbrechungsstelle (14) sowie der Betätigungsmechanismus für die zweite Unterbrechungsstelle untergebracht sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet daß die Elektrode (3) mit der Auslö seeinheit (19) und dem Betätigungsmechanismus teilweise von einem zentralen Leiter (13) durchsetzt und im Elektrodenmantel umfänglich ein Rirvjisolator (4) eingesetzt ist

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2, 7 oder 9. dadurch gekennzeichnet daß das Kontaktstiftende hohl und konisch ausgebildet ist und sich in der Ausschaltstellung in einer entsprechenden keilförmigen Einlassung (30) am feststehenden Teil der

Elektrode (3) rückprallsicher festsetzt

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (2, 3) in einem Isolierstoffgehäuse (1) untergebracht sind, das mit SF₆-GaS erhöhten Druckes aufgefüllt

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