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Dämpfungseinrichtung für einen Leistungsschalter
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Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für die Dämpfung
der Bewegung der einzelnen Massen eines Freiluft Hochspannungsleistungsschalters.
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Freiluft-Hochspannungsleistungsschalter besitzen ihre Schaltpole an
der Oberseite einer Isoliersäule, wobei der Antrieb des Leistungsschalters auf Erdpotential
liegt. Die Übertragung der Antriebskraft hin zu den beiden Leistungsschalterpolen
oder zu dem einzigen Leistungsschalterpol erfolgt über ein Isoliergestänge mit einer
Isolierstange, die die Bewegung des Antriebes bzw. des Antriebskolbens auf den beweglichen
Schaltkontakt überträgt und im allgemeinen 0 verhältnismäßig lang ausgebildet ist,
und zwar so lang
wie dies die Vorschriften bei den Freiluftschaltern
verlangen.
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Wenn ein derartiger Freiluft-Leistungsschalter abschaltet, dann wird
mittels des Antriebes die Isolierstange betätigt, wobei sie zunächst auf Zug beansprucht
wird. Ist die Ausschalthandlung beendet, dann müssen die bewegten Massen abgebremst
werden, was mittels Dämpfungseinrichtungen erfolgt, die auch die Aufgabe haben,
ein Überschießen der einzelnen beweglichen Teile über die Stellungen hinaus, die
sie in der Ein- bzw. Ausschaltstellung einnehmen sollen, zu verhindern. Insbesondere
sollea auch Aufprell-Rückprellvorgänge vermieden werden. Dämpfungseinrichtungen
dieser Art werden im allgemeinen im Bereich des Antriebes und zwar im Bereich des
Antriebszylinders für den Leistungsschalter eingesetzt.
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Da die beweglichen Teile, z.B. die Schaltstangen etc. jedoch eine
gewisse Massenträgheit besitzen, wird die Isolierstange nach Beendigung des Ausschaltvorganges
weiter belastet und zwar auf Druck, so daß sie aufgrund ihrer Länge auf Knickung
ausgelegt werden muß. Anders ausgedrückt: da sich die Dämpfung gemeinsam mit dem
Antriebszylinder auf Erdpotential befindet, müssen sämtliche Massen, die bei einer
Ein- oder Ausschalthandlung bewegt bzw. beschleunigt oder abgebremst werden müssen,
bzw. die Massenkräfte von der Isolierstange und von der auf Erdpotential angeordneten
Dämpfung abgefangen werden. Insbesondere bei diesem Freiluft-Leistungsschalter muß
der Knickbelastung der Isolierstange besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden.
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Bei metallgekapselten Innenraumschaltanlagen ist dieses Problem relativ
gering, weil die Schaltstange, die zur Betätigung des beweglichen Schaltkontaktes
des Leistungsschalters eingesetzt ist, verhältnismäßig kurz ausgebildet sein kann,
so daß Ausknickungen bei Druckbelastungen beispielsweise beim Auschaltvorgang nicht
in der Dämpfungsphase auftreten können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dämpfungseinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen und so anzuordnen, daß die dynamischen Massenkräfte und
die Gewichtskräfte auf die Isolierstanye verringert werden, wobei der Antriebszylinder
auf Erdpotential liegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dämpfungseinrichtung
auf Hochspannungspotential im Bereich des beweglichen Schaltstiftes des Leistungsschalters
angeordnet ist.
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Wenn man bei einem SF6-Schalter das SF6 als Löschgas verwendet, kann
das SF6 gleichzeitig auch als Dämpfungsmedium verwendet werden.
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Dadurch, daß die Dämpfungsanordnung bzw. -einricht-ung nunmehr auf
ochspannugspotential liegt, während sich der Antriebszylinder auf Erdpotential befindet
sind die insgesamt auf die Isolierstange bzw. Schaltstange wirkenden Massenkräfte
im Dämpfungsfale, d.h. gegen Ende der Schalthandlung stark verringert und auch die
Belastunge werden stark verringert bzw. je nach Bemessung der Dämpfungseinrichtung
sogar umgekehrt, d.h. eine Zugspannung wird zu einer Druckspannung und eine Druckspannung
wird zur Zugspannung.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, näher erläutert und beschrieben werden.
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Es zeigt Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch einen Leistungsschalter,
Fig.
2 einen Querschnitt durch die Dämpfungseinrichtung, wobei oberhalb und unterhalb
der waagrechten Symmetrielinie (rechts) unterschiedliche Schaltstellungen dargestellt
sind und Fig. 3 eine Darstellung der Massenkräfte, die auf die Isolierstange einwirken.
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Es sei zunächst Bezug genommen auf die Fig. 1. Man erkennt dort einen
elektrischen Freiluft-Leistungsschalter, der in der Gesamtheit mit der Bezugsziffer
10 bezeichnet ist. Dieser besitzt einen Stützisolator 12, der den Bereich H (=HochspannungspotentialJ
von dem Bereich N (=Erdpotential) elektrisch isoliert. Auf Erdpotential befindet
sich der Antrieb, der in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 14 bezeichnet ist
und der als üblicher pneumatischer oder ölhdraulischer Antrieb ausgebildet sein
kann. Der Antrieb 14 ist über einen Flansch 15 direkt an den Isolator 12 angeflanscht.
Die Übertragung der Antriebskraft auf den Schalter bzw. auf die Schaltkontakte erfolgt
vom Antrieb 14 über eine Schaltstange 16 aus Isolierstoff, die über einen ebelmechanismus
18 den beweglichen Kontakt bzw. den beweglichen Schaltstift 20 betätigt. Die Dämpfung
im Hochspannungsbercich ist mit der Bezugsziffer 30 dargestellt.
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Die Anordnung der Dämpfung bzw. der genaue Aufbau ist aus der Fig.
2 zu ersehen. Man erkennt ein Mittelstück 32, in dem die Schaltstange bzw. Isolierstange
verläuft, die an ihrem freien Ende innerhalb eines am Mittelstück 32 angeformten
Flanschrohres 34 geführt ist. Der Übertragungsmechanismus besteht aus einem gelenkig
mit der Schaltstange verbundenen Hebel 36, einem Dreieckshebel 38 und einer Betätigungsstange
40, die auf den Schaltstift 42 (=20) über ein Gelenk 46 einwirk-t. Man erkennt oberhalb
der Linie 50 die Einschaltstellung und unterhalb der Linie 50 die Ausschaltstellung;
der bewegliche Schaltkontakt befindet sich im wesentlichen innerhalb der Löschkammer,
die mit der
Bezugsziffer 48 bezeichnet ist. Um die Löschkammer herum
ist ein Isolator 52 angeordnet, der über eine Metallfassung 54 mit dem Zwischenstück
32 über einen Flansch 56 verschraubt ist. Die Löschkammer setzt sich nach links
in eine Dämpfungseinrichtung 58 fort, welche einen topfartigen Bauteil 60 aufweist,
dUr an seinem freien Ende, in der Zeichnung auf der linken Seite, mit einer Flanschplatte
62 verschlossen ist, an welcher sich ein Führungs- und Halterungsrohr 64 anschließt,
mit der die Dämpfungseinrichtung zusammen mit der Löschkammer an dem Flansch 56
über einen Kragen 66 befestigt ist. Der Schaltkontakt 42 durchgreift die Innenhohrung
68 eines Rohres 70, an dessen Außenwand eine DNmpfungsscheibe 72 mit einer Längsbohrung
74 anschließt bzw. angeformt ist. Im Bereich des Gelenkes 46 besitzt die Schaltstange
42 eine Ausformung 76, die der Führung der Schaltstange im Rohr 64 dient. Im Falle
einer Ausschalthandlullg, also dann wenn sich die Isolierstange 16 in Pfeilrichtung
A bewegt:, bewegt sich aufyrund der Uml enkung iiber den ilebelmechanismus 36, 38
und 40 die Schaltstange 42 in Pfeilrichtung A1. Dabei ist die Ausgangsstellung oberhalb
der Linie 50 gezeichnet. Der Schaltkontakt 20, der einen größeren Durchmesser als
die Schaltstange 42 besitzt, schlägt mit seinem Absatz 45 auf das freie Stirnende
des Rohres 70 auf, was gegen Ende des Ausschaltvorganges erfolgt. Dann wird das
in dem Raum 80 befindliche Fluid, ein Gas, SF , zusammengedrückt und auf diese Weise
werden die 6' Massen abgebremst. Aufgrund der Bohrung 74 kann das Fluid aus dem
Kaum 80 zwischen der Platte 72 und der Flanschplatte 62 in den Raum 82 strömen,
der zwischen dem Boden 83 des Teiles 58 und der Platte 72 nunmehr entsteht. Das
Fluid im Raum 80 wirkt zunächst als Bremse, da es verhältnismäßig inkompressibel
ist, und da es in den erwähnten Raum 82 durch die enge Öffnung 74 nur sehr langsam
strömen kann ruft es hierdurch eine Dämpfung hervor. Damit wird gegen Ende der Ausschalthandlung
die Abbremsung und die Dämpfung auf Hochspannung erfolgen, was dazu führt, daß während
der Dämpfungsphase praktisch nach der eigentlichen Ausschaltbewegung und
vor
endgültigem Stillstand die Schaltstange 42, die Stange 40 und die Isolierstange
16 auf Zug beansprucht werden.
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In der Fig. 3'sind die einzelnen bewegten Massen eines Freiluft-I.eistungsschalters
zur Erläuterung der Wirkungsweise dargestellt, der dem Leistungsschalter gemäß den
Fig. 1 und 2 ähnlich ist; der wesentliche Unterschied besteht lediglich darin, daß
oberhalb eines dem Isolator 12 entsprechenden Stützisolators (nicht weiter dargestellt)
eine Gabelung derart vorgenommen ist, daß links und rechts zur Mittelachse des Stützisolators
je zwei Leistungsschaltcrpole angeordnet sind; in der Fig. sind die Leistungsschalterpole
links von der Mittelachse des Stützisolators yezeichnet. Die rechte Seite ist weggelassen.
Weggelassen sind ferner auch die Teile, die zum Bewegungsablauf nichts beitragen.
Die einzelnen Teile, die zur dynamischen l*Iassenkraftbelastung beitragen, sind
mit den folgenden Buchstaben bezeichnet: Es ist hierin: Fig. 3 Fig. 1 Fig. 2 ml
= beweglicher Kontakt = 20 12,20 m2 = Sl'6-Dämpfullg = 30 58,60 m3 = Zwischenhebel
= - 40 m = Umlenkhebel = 18 38 m5 = Verbindungshebel = - 35 m = Schaltstange = 16
m7 = weitere Schaltstange m8= Aufschlagdichtung = 14 m9 = Kolbenstange Die Teile
ml bis m6 sind in ähnlicher Weise auch bei dem Schalter nach der Fig. 1 vorhanden;
bei der Ausgestaltung des Schalters ähnlich Fig. 3 kommt noch eine weitere Schaltstange
hinzu; die Buchstaben m8 und m9 gehören zu einem
Antrieb, der in
der Fig. 1 mit 14 bezeichnet ist.
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Bei einer Ausschalthandlung werden die Massen vom Kolben m9 in Pfeilrichtung
A beschleunigt. Damit wirken auf alle Massen bzw. auf alle Zwischenstücke im wesentlichen
Zugkräfte.
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Sowie die Ausschaltbewegung abgebremst wird, schieben die einzelnen
Massenkräfte ml bis m5 aufgrund ihrer Trägheit nach und würden die Isolierstange,
die mit m7 bezeichnet ist, auf Druck beanspruchen, wenn die Dämpfung nicht auf Hochspannungspotential
angeordnet wäre, sondern irgendwo im Bereich zwischen m8 und m9, und diese sehr
hohen dynamischen Massenkräfte (die gesamte bewegliche Masse bei einem Leistungsschalter
gemäß der Fig. 3 beträgt 122,0 kg) können, setzt man eine ungünstige Bemessung voraus,
zum Ausknicken der Schaltstange führen. In den tatsächlich ausgeführten Schaltern
werden selbstverständlich Ausknickungen nicht vorkoirnen, weil die Isolierstangen
bzw.
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Schaltstangen entsprechend bemessen worden sind. Es gibt jedoch Leistungsschalter,
bei denen zusätzlich eine Führung der Schaltstange innerhalb des Isolators zur absolut
sicheren Verhinderung eines Ausknickens vorgesehen sind. Sowie man jedoch die Dämpfungseinrichtung
auf der Hochspannungsseite anordnet, unterstützt der Dämpfer m2 die Abbremsung bei
einer AusschaZthandlung, so daß jedenfalls freie, nachschiebende Massenkräfte, z.B.
die des Schaltstückes etc. nicht mehr vorhanden sind, sondern daß durch die Dämpfung
auf Hochspannungspotential einige Zwischenelemente bzw. Schaltstange m6 und auch
die Schaltstange m7 7 einer doch erheblich verringerten Druckbelastung gegen Ende
der Ausschalthandlung unterworfen ist, sofern nicht durch geeignete Ausgestaltung
der Dämpfungseinrichtung im wesentlichen eine geringe Zugspannung, herrührend von
den auf Erdpotential liegenden, nicht abgebremsten bzw.
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gedämpften Massen auf die Stangen ausgeübt wird.