DE3030367A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Description

Ka/eh

Hochspannungsleistungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Schalter ist etwa aus der DE-AS 27 08 546 bekannt. Bei diesem Schalter werden kurze Lichtbogenzeiten bis zum Erreichen der Löschdistanz durch schnelles Entspannen einer Druckfeder erreicht, unter deren Kraftwirkung das Abbrandstück des beweglichen Kontaktes in der Einschaltstellung des Schalters steht- Hierzu ist jedoch eine Entklinkungsvorrichtung notwendig, mittels derer das bewegliche Abbrandstück nach der Vorkompressionsphase entriegelt wird. Es ist jedoch schwierig, im Bereich der Abbrandstükke ein zuverlässig und reproduzierbar funktionierendes Entklinkungssystem anzubringen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Hochspannungsleistungsschalter der gattungsgemässen Art zu schaffen, bei dem eine hohe Trenngeschwindigkeit der Abbrandkontakte und damit eine kurze Ausschaltzeit ohne die Verwendung einer Entklinkungsvorrichtung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von

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Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich dadurch aus, dass er konstruktiv einfach aufgebaut ist, und dass durch die Verwendung zweier in entgegengesetzten Richtungen auf die Abbrandstücke einwirkender Antriebe eine schnelle Trennung der Abbrandkontakte in der Ausschaltphase bewirkt wird.

Die Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters gemäss den Merkmalen von Patentanspruch 2 hat sich insofern als sehr günstig erwiesen, als im Moment der Kontakttrennung die gesamte Energiemenge eines geladenen Energiespeichers zur Verfugung steht, wodurch das Abbrandstück des feststehenden Kontaktes nach der Kontakttrennung sehr stark beschleunigt und somit eine äusserst hohe Trenngeschwindigkeit erreicht wird.

Die Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters gemäss Patentanspruch 3 lässt sich ohne grosse konstruktive Aenderung an praxisbewährten Schaltern ausführen, wohingegen der erfindungsgemässe Schalter gemäss Patentanspruch 4 noch den Vorteil aufweist, dass die durch Reib-Schluss bei einer Schaltstiftüberlappung auftretende Kraft die Wirkung der entspannenden Feder und damit die Trenngeschwindigkeit der Abbrandkontakte zusätzlich erhöht.

Die Ausführungsform nach Patentanspruch 5 ist in Hinblick auf eine einfache Konstruktion besonders zu empfehlen.

Die Ausführungsformen nach den Patentansprüchen 6 und 7 zeichnen sich dadurch besonders aus, dass die Energie der beim Ausschalten entstehenden expandierenden Löschgase unter Verwendung einfacher mechanischer Hilfsmittel ausgenutzt werden kann.

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Bei der Ausführungsform des erfindungsgemassen Schalters gemäss Patentanspruch 8 wird eine hohe Trenngeschwindigkeit ohne wesentliche mechanische Eingriffe an den Abbrandstücken vornehmen zu müssen, erreicht, da der Antrieb des Abbrandstückes des feststehenden Kontaktes im wesentlichen über elektrische Mittel erreicht wird.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung in vereinfachter Form dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemassen Hochspannungsleistungsschalters, bei dem der Abbrandkontakt des feststehenden Schaltstückes in der Einschaltstellung schwingungsfähig gelagert ist,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine etwas abgewandelte Ausführungsform nach Fig. 1, bei der die Abbrandkontakte in der Einsehaltstellung im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 stirnseitig miteinander in Kontakt stehen, und

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemassen Hochspannungsleistungsschalters, bei der der Abbrandkontakt des feststehenden Schaltstückes durch die beim Ausschalten auftretenden, expandierenden Löschgase angetrieben wird.

In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und sind im linken Teil jeweils die Ein-

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schalt- und im rechten Teil jeweils die Ausschaltstellung des Schalters angegeben. In der Fig. 1 sind ein bewegliches 10 und ein feststehendes Schaltstück 20 eines Hochspannungsleistungsschalters dargestellt. Das bewegliche Schaltstück 10 weist einen Nennstrom- 11 und einen Abbrandkontakt 12, das feststehende Schaltstück 20 einen Nennstrom-21 und einen Abbrandkontakt 22 auf. Der Nennstromkontakt 11 des beweglichen Kontaktes 10 ist mit einer Isolierstoff düse 13 verbunden, welche mit dem Äbbrandkontakt 12 ei- nen Blaskanal 14 begrenzt, durch den beim Ausschalten aus einer in der Figur nicht dargestellten Kompressionsrichtung, deren bewegliches Teil - etwa ein Kolben oder ein Zylinder - mit dem beweglichen Kontakt 10 verbunden ist, Druckgas in die Trennstrecke zwischen die beiden Abbrand— kontakte 12 und 22 geblasen wird. Der Äbbrandkontakt 22 des feststehenden Schaltstückes 20 ist in der Ausschaltstellung (vergleiche den rechten Teil von Fig. 1) in Richtung der Schaltstückachse schwingungsfähig in einem Nennstromkontaktträger 23 gelagert. Der Äbbrandkontakt 22 ist hierbei auf zwei in Richtung der Schaltstiftachse versetzt angeordneten Federn 30, 31 gelagert. Diese Federn 30, 31 stützen sich an den aneinander zugewandten Enden auf einem Anschlag 32 des Nennstromkontaktträgers 23 und an den voneinander abgewandten Enden auf Anschlägen 33, 3^ des Abbrandkontaktes 22 ab. Kontaktlamellen 35 stellen die elektrische Verbindung zwischen dem Äbbrandkontakt 22 bzw. dem Anschlag J>H und dem Nennstromkontaktträger 23 her.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters ist nun wie folgt:

In der Einschaltstellung (vergleiche die linke Hälfte der Fig. 1) drückt die Isolierstoffdüse 13 auf den Anschlag und bringt den Äbbrandkontakt 22 des feststehenden Kontak-

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tes 20 aus seiner Gleichgewichtsstellung. Hierbei wird potentielle Energie in den Federn 30, 31 gespeichert. Beim Ausschalten wird der bewegliche Kontakt 10 rasch nach oben beschleunigt. Der unter der Wirkung der geladenen Federn 30, 31 stehende Abbrandkontakt 22 folgt dem beweglichen Kontakt 10 aufgrund seiner Trägheit und aufgrund der Schaltstiftüberlappung der beiden hohl ausgebildeten Abbrandkontakte 12, 22 über seiner Gleichgewichtsstellung hinaus nach. Hierdurch wird die mit dem Beginn der Bewegung des beweglichen Kontaktes eingeleitete 'Vorkompressionsphase des Löschgases verlängert. Sobald sich die Abbrandkontakte 12, 22 voneinander trennen, wird ein nicht dargestellter Ausschaltlichtbogen gezogen und setzt gleichzeitig eine intensive Beblasung des Lichtbogens mit Löschgas aus dem Blaskanal 14 ein. Zum Zeitpunkt der Kontakttrennung sind darüber hinaus die Federn 30, 31 wieder mit potentieller Energie aufgeladen und wird nun auf den Abbrandkontakt 22 des feststehenden Schaltstückes 20 eine entgegen der Bewegung des beweglichen Schaltstückes 10 gerichtete Beschleunigung ausgeübt. Der Abbrandkontakt 22 wird durch die Kraft der Federn 30, 31 über die Gleichgewichtsstellung hinaus zurück bewegt. Hierdurch wird die Trenngeschwindigkeit der Abbrandkontakte 12, 22 gegenüber der Trenngeschwindigkeit bei Schaltern, bei denen ein feststehender Abbrandkontakt vorgesehen ist, vergrössert und die Abschaltleistung durch schnelleres Erreichen des nötigen Löschabstandes verbessert.

Es empfiehlt sich, das aus dem Abbrandkontakt 22, dem Nennstromkontaktträger 23 und den Federn 30, 31 bestehende Schwingsystem - etwa mit den Kontaktlamellen 35 - stark zu dämpfen. Hierbei wird der Dämpfungseffekt in der beschriebenen Ausführungsform gemäss Fig. 1 durch den Reibschluss zwischen den hohl ausgebildeten Abbrandkontakten

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12j 22 sowie durch die beim Rücklauf auftretenden Abstosskräfte kompensiert. In der Ausführungsform gemäss Fig. 2, in der die Abbrandkontakte 12, 22 in der Einschaltstellung stirnseitig aneinander anschlagen und anstelle der Isolierstoffdüse 13 die Federn 30, 31 spannen, empfiehlt es sich, das Schwingungssystem im allgemeinen etwas weniger stark zu dämpfen.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters dargestallt. Hierbei beziehen sich die zusätzlichen Bezugszeichen 24 auf einen mit Kontaktlamellen 25 und Abstreifringen 26 /ersehenen Führungsbolzen, auf dem der Abbrandkontakt 22 des feststehenden Schaltstückes 20 in axialer Richtung gleiten kann, und 27 auf einen Stromanschluss des feststehenden Schaltstückes 20.

Der Abbrandkontakt 22 weist auf seiner von der Schaltstrecke abgewandten Seite einen in einem Zylinder 41 gleitenden Ringkolben 40 auf. Kolben 40 und Zylinder 41 bilden einen pneumatischen Antrieb für den Abbrandkontakt 22. Als Antriebsmittel ist hierbei das beim Ausschalten expandierende Löschgas vorgesehen, welches in einen Kompressionsraum 44 des pneumatischen Antriebs geleitet wird. Auf der vom Kompressionsraum 44 abgewandten Seite des Kolbens ist eine Rückstellfeder 43 vorgesehen. Ferner weist die Mantelfläche des Zylinders 41 Oeffnungen 42 auf, durch die die expandierenden Löschgase vor Erreichen der Endlage des Kolbens 40 im Zylinder 41 entweichen können.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsleistungsschalters wird nun im folgenden beschrieben:

Beim Ausschalten wird das Schaltstück 10 nach unten bewegt. Zunächst wei-den die Nennstromkontakte 11, 21 geöffnet und

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der abzuschaltende Strom auf die Abbrandkontakte 12, 22 kommutiert. Gleichzeitig wird Löschgas in der nicht dargestellten Kompressionseinrichtung vorkomprimiert. Sobald die Schaltstücküberlappung der Abbrandkontakte 12, 22 aufgehoben ist, wird ein nicht dargestellter Ausschaltlichtbogen gezogen und setzt gleichzeitig aus dem Kanal 14 eine intensive Beblasung des Lichtbogens mit Löschgas ein. Das Löschgas expandiert in den hohlen, mit einer düsenförmigen Oeffnung versehenen Abbrandkontakt 12 sowie durch die Oeffnung der Düse 13 in den Druckraum 44 des pneumatischen Antriebs. Der Kolben 40 und damit der Abbrandkontakt 22 werden nun entgegen der Bewegungsrichtung des beweglichen Schaltstückes 10 beschleunigt, wodurch sich zwischen den Abbrandkontakten 12, 22 eine Bewegung hoher Geschwindigkeit ergibt. Kurz vor Erreichen der Endstellung gibt der Kolben 40 die Oeffnungen 42 frei, durch die nun die expandierenden Druckgase aus dem Zylinder 41 entweichen können. Eine Feder 43 sorgt für die Dämpfung des Abbrandkontaktes 22. Nach der Lichtbogenlöschung und nach Abklingen der Kraftwirkung auf den Kolben 40 sorgt die Feder 43 für die Rückstellung des Abbrandkontaktes 22. Der Weg, den der Abbrandkontakt 22 maximal ausführen kann, wird so gewählt, dass im Laufe der Einschaltbewegung des Schalters die Berührung der Abbrandkontakte 12, 22 immer vor der Berührung der Nennstromkontakte 11, 21 erfolgt, was bedeutet, dass der Weg im Zylinder 41 so gewählt ist, dass beim Anschlag des Kolbens 40 auf den Zylinderboden der Abbrandkontakt 22 in den Abbrandkontakt 12 gedruckt wird. Hierbei bewirken die Kontaktlamellen 25 den Stromübergang vom Abbrandkontakt 22 auf den Führungsbolzen 24. Die KontaktlameIlen 25 sind durch Abstreifringe 26 gegen Verschmutzung geschützt .

Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung dar-

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gestellte nicht beschränkt, so ist es denkbar, beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 den Ringkolben 40 als Kurzschlussring zu gestalten und koaxial zu diesem und zum Abbrandkontakt anstelle des Zylinders eines pneumatischen Antriebes eine Zylinderspule vorzusehen, auf deren Zylinderachse der Kurzschlussring und somit der Abbrandkontakt 22 verschieblich sind. Diese Spule wird erst nach Trennung der Nennstromkontakte 11, 21 in den Pfad des abzuschaltenden Stromes eingeschaltet. Das durch den (durch die Spule fliessende) Strom erzeugte Magnetfeld übt auf den Kurzschlussring eine Kraft aus, welche den Kurzschlussring und damit den Abbrandkontakt 22 entgegen der Bewegung des Schaltstückes 10 beschleunigt. Auch hierdurch wird eine sehr hohe Trenngeschwindigkeit der Abbrandkontakte 12, 22 erreicht.

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Claims (8)

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   Patentansprüche

   Hochspannungsleistungsschalter mit jeweils einem zu einem feststehenden (20) und einem in Richtung der Schaltstückachse beweglich angeordneten Schaltstück (10) gehörenden Abbrandkontakt (12, 22) und mit einem mit dem beweglichen Schaltstück (10) verbundenen Kolben oder Zylinder einer Einrichtung zur Kompression von Druckgas, bei dem das Druckgas in der ersten Phase des Ausschaltvorganges vor dem Trennen der beiden Abbrandkontakte (12, 22) vorkomprimiert und in einer zweiten Phase des Ausschaltvorganges von einem Kompressions- in einen Expansionsraum strömt, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbrandkontakt (22) des feststehenden Schaltstückes

   (20) in axialer Richtung verschieblieh angeordnet und kraftschlüssig mit einem Antrieb gekoppelt ist, wobei der Antrieb beim Ausschalten nach der Trennung der Abbrandkontakt e (12, 22) auf den Abbrandkontakt (22) des feststehenden Schaltstückes (20) eine entgegen der Bewegung des beweglichen Schaltstückes (10) gerichtete Beschleunigung ausübt.
2. 2. Hochspannungsleistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbrandkontakt (22) des feststehenden Schaltstückes (20) in Richtung der Schaltstückachse schwingungsfähig im Nennstromkontakt

   (21) des feststehenden Schaltstückes (20) gelagert ist und sich in der Einschaltstellung unter der Wirkung eines geladenen Energiespeichers stehend auf dem beweglichen Schaltstück (10) oder einer mit diesem verbundenen Isolierstoffdüse (13) abstützt.

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3. 3. Hochspannungsleistungsschalter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbrandkontakt (22) des feststehenden Schaltstückes (20) auf zwei in Richtung der Schaltstückachse versetzt angeordneten Federn (30, 3D gelagert ist, welche sich an den einander zugewandten Enden auf einem Anschlag (32) des Nennstromkontaktträgers (23) des feststehenden Schaltstückes (20) und an den voneinander abgewandten Enden auf Anschlägen (33 j 34) des Abbrandkontaktes (22) des feststehenden Schaltstückes (20) abstützen.
4. 4. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbrandkontakte (12, 22) hohl ausgebildet sind und in der Einschaltstellung eine Schaltstücküberlappung bilden.
5. 5. Hochspannungsleistungsschalter nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbrandkontakte (12, 22) in der Einschaltstellung stirnseitig aneinander anschlagen.
6. 6. Hochspannungsleistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbrandkontkat (22) des feststehenden Schaltstückes (20) am beweglichen Teil eines pneumatischen Antriebs angebracht ist, wobei der Antrieb einen Druckraum (44) aufweist, in den nach der Trennung der Abbrandkontakte (12, 22) zumindest ein Teil der expandierenden Druckgase strömt.
7. 7. Hochspannungsleistungsschalter nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbrandkontakt (22) des feststehenden Schaltstückes (20) am Kolben (40) des pneumatischen Antriebs angebracht ist, dass der Kolben

   (40) auf der vom Druckraum (44) des pneumatischen An-

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   triebs abgewandten Seite unter der Wirkung einer Feder (43) steht, und dass in der Mantelfläche des Zylinders

   (41) des pneumatischen Antriebs mindestens eine Oeffnung

   (42) angebracht ist, durch die expandierende Druckgase vor Erreichen der Endlage des Kolbens (40) aus dem Zylinder (41) entweichen.
8. 8. Hochspannungsleistungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abbrandkontakt des feststehenden Schaltstückes mit einem Kurzschlussring versehen ist, welcher im Inneren einer den Abbrandkontakt koaxial umgebenden und nach Trennung der Nennstromkontakte zumindest von einem Teil des Abschaltstromes durchflossenen Spule angeordnet ist.

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