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Blaskolbenschalter
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Die Erfindung betrifft einen Blaskolbenschalter gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Ein Hochspannungs-Leistungsschalter, der nach dem Blaskolben - und
nicht nach dem Zweidrucksystem arbeitet, ist beispielsweise aus der DE-AS 19 13
969 bekanntgeworden. Bei dieser Anordnung wird der Blaskolben bzw.
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Blaszylinder zusammen mit dem bewegbaren Kontaktstück in Ausschaltstellung
bewegt, wobei der Antrieb nicht nur zur Betätigung der tragen Massen, sondern auch
zur Erzeugung des Druckgases ausgelegt sein muß.
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Es ist ein Blaskolbenschalter bekanntgeworden (US-PS 3 331 935), bei
dem ein Zusatzkolben vorgesehen ist, der entgegen dem Blaskolben federnd beaufschlagt
ist, wobei beim Ausschaltvorgang dieser Zusatzkolben freigegeben wird und dadurch
den Kompressionsraum zusätzlich verdichtet. Bei dieser Anordnung kann der Antrieb
etwas günstiger ausgestaltet werden, da ein Teil
der Kompression
von einem zusätzlichen Hilfskolben durchgeführt wird.
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Aus der DE-OS 2 618 087 ist es bekannt, den Antrieb des Leistungsschalters
elektrodynamisch auszubilden, dergestalt, daß der durch eine Spule fließende Kurzschlußstrom
den Schalter in Ausschaltstellung bewegt.
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Aus der DE-OS 1 690 503 ist es bekanntgeworden, einen zusätzlichen
Kolben vorzusehen, der in ähnlicher Weise wie der der US-PS 3 331 935 wirkt, bei
dem aber die Antriebskraft (für den zusätzlichen Kolben) von einer im Kolben angeordneten
Spule herrührt, die mit einer ortsfest angebrachten Spule zusammenwirkt, derart,
daß abstoßende Kräfte erzeugt werden, die den zusätzlichen Kolben zur zusätzlichen
Komponierung des Löschgases beaufschlagen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Blaskolbenschalter der eingangs
genannten Art, der beispielsweise aus der letztgenannten DE-OS 16 90 503 hervorgeht,
zu schaffen, bei dem die Antriebsenergie wesentlioh verringert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruches 1 gelöst.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird der Energiebetrag
für die Gaskompression zur Lichtbogenbeblasung von Strömen oberhalb eines definierten
Wertes durch die elektrodynamische Wirkung dieses Kurzschlußstromes erzeugt, so
daß der Antrieb lediglich für sogenannte Lastschaltvorgänge ausgelegt sein muß.
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Die Spule wird dabei sowohl vom Kurzschlußstrom als auch vom Nennstrom
durchflossen, so daß Kommutierungen, wie
sie beispielsweise bei
dem Blaskolbenschalter gemäß der DE-OS 3 015 946 erfolgen müssen, vermieden werden
können. Dort ist darüber hinaus die Spule selbst federnd ausgebildet, so daß sie
sich zusammenziehen und den zusätzlichen Blaskolben zur Beblasung des Lichtbogens
antreiben kann.
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Zusätzlich besteht der Zusatzkolben aus einem Ring aus ferromagnetischem
Material; er ist dabei zweckmSßigerweise geschlitzt, um induktive Kreisströme zu
vermeiden.
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Der Schlitz, bzw. die Schlitze ist bzw. sind zwecks Gasabdichtung
mit Gießharz verschlossen.
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Auf der der Kolbenbodenfläche entgegengesetzten Seite besitzt der
Kolben eine parabolische Form dergestalt, daß er am Innenradius eine kleine und
am Außenradius eine große Höhe aufweist. Diese parabolische Form dient zur Optimierung
der Grenzflächenkräfte bei Verkleinerung der Kraftkomponenten in entgegengesetzter
Bewegungsrichtung des Kolbens. Die Rückführung des Kolbens erfolgt dabei über die
Zugfeder.
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Zweckmäßigerweise sind die Abstande der Wicklungen (Wicklungshöhen)
unterschiedlich, um Inhomogenitäten des Spulenfeldes auf den Magnetkörper zu vermeiden.
Zusätzlich kann eine Kraftverstärkung auf den Kolben in Richtung Kompression des
zusätzlichen Kompressionsraumes dadurch bewirkt werden, daß im Endbereich ein feststehender
Ringmagnet vorgesehen ist, durch den auch Prellschwingungen aufgefangen werden können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weiteren
Unteransprüchen zu entnehmen.
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Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie
weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben
werden: Es zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß
ausgebildeten Leistungsschalter, wobei links der strichpunktiert eingezeichneten
Mittellinie der Einschaltzustand und rechts der Mittellinie der Ausschaltzustand
dargestellt ist.
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Zusätzlich sind zwei Zwischenstellungen "Kontakttrennung strichliert
sowie die Stellung "Lichtbogenbeblasung" im Löschbereich punktiert eingezeichnet.
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Der erfindungsgemäße Hochspannungsschalter besitzt ein Löschkammerrohr
10, das nur teilweise dargestellt ist und aus Isoliermaterial besteht. Das obere
Ende des Löschkammerrohres ist mit einer Abdeckung 12 verschlossen, die topfartig
ausgebildet ist und einen Gasraum 14 aufweist, in dem ein Halteelement 16 für eine
Zylinderfeder 18 angeordnet und drehbeweglich aufgehängt ist. An der Innenwandung
der Abdeckung 12 ist ein zylindrischer Stutzen 22 angeformt, in den ein Laufzylinder
28 eingesetzt ist, so daß der Stutzen 22 diesen teilweise umgreift. Um den Laufzylinder
28, der aus nichtleitendem unmagnetischem Material besteht, ist eine Magnetspule
26 gewickelt, deren Windungen mittels einer Windungsabstützung 24 gegeneinander
auf Abstand gehalten sind. Die Dicke der Magnetspule 26 in radialer Richtung entspricht
der Dicke des Stutzens 22. Dementsprechend ist auch die Dicke der Windungsabstützung
24 ausgebildet.
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Die Spule ist elektrisch galvanisch bei 30 mit dem Stutzen 22 verbunden
und schließt sich in axialer Richtung an diesen an, so daß der Innendurchmesser
und der AuRendurchmesser von Spule und Stutzen gleich sind.
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An das freie Ende der Spule 26 schließt sich eine
Zwischengehäuse
32 aus elektr. leitendem Material ein, wobei die Magnetspule 26 mit diesem Zwischengehäuse
32 bei 33 elektr.-leitend verbunden ist. Damit befindet sich die Magnetspule 26
zwischen dem Stutzen 22 und dem Zwischengehäuse 32.
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Ein Isolierstoffzylinder 34 deckt die blanke Magnetspule nach außen
ab.
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Damit also befindet sich die Magnetspule 26 zwischen dem Stutzen 22
und dem Zwischengehäuse 32, wobei der Strom, der dem Leistungsschalter bei 114 über
die Abdeckung 12 zugeführt wird, über den Stutzen 22, die Kontaktstelle 30, die
Magnetspule 26, die zweite Kontaktstelle 33, zu dem Zwischengehäuse 32 hinfließt.
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Das Zwischengehäuse 32 umgibt einen Zylinderraum 36. An dem der Spule
benachbarten Ende des Zwischengehäuses 32 ist ein Innenrohr 38 angebracht, wobei
das Innenrohr 38 sich hin etwa bis in Höhe des Stutzens 22 erstreckt. Das Innenrohr
38 besitzt an seinem dem Gehäuse 32 zugewandten Ende einen radialen Flansch 40,
über den das Innenrohr mit dem Zwischengehäuse 32 derart verbunden ist, daß seine
radial außenliegende Kante in einen RUcksprung am Zwischengehäuse 32 eingesetzt
ist. Dadurch bildet das Innenrohr 38 mit dem Zylinder 28 einen Raum 44, in dem sich
ein Zusatzkoben 46 bewegt, so daß der Raum 44 zum einen durch die Kolbenfläche des
Zusatzkolbens 46 und zum anderen durch eine radial verlaufende Fläche am Zwischengehäuse
und dem mit dieser radialen Fläche fluchtenden radialen Flansch 40 am Innenrohr
38 begrenzt wird. Der Zusatzkolben 46 besitzt auf seiner der Kolbenfläche 50 abgewandten
Seite eine parabolartig geformte Fläche 48, dergestalt, daß der ringartig ausgebildete
Kolben an seinem Innendurchmesser eine kleine Höhe (in axialer Richtung des Leistungsschalters
gesehen) und an
seinem Außenduchmesser eine gegenüber der Höhe
am Innendurchmesser große Höhe aufweist, wodurch eine große Außenfläche gebildet
ist, mit der der Kolben unter Zwischenfügung von Dichtungen 52 im Inneren des Zylinders
28 geführt ist. Am Innendurchmesser und zwar auf der Fläche 48 besitzt der Kolben
Ausformungen 54, in die das andere Ende der Feder 18 eingehängt ist.
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Der Raum 44 ist mittels im Zwischengehäuse 32 zunächst axial und dann
radial nach innen zum Raum 36 hin verlaufenden Kanälen 56 mit dem Raum 36 verbunden.
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Der Raum 14 ist mit dem innerhalb des Löschkammerrohres 10 liegenden
Raum mittels in dem Anschlußflansch bzw Abschlußflansch 12 angeordneter Kanäle 20
verbunden.
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Das Kontaktsystem besteht aus einem feststehenden Kontaktstück 60,
das als Kontakttulpenanordnung ausgebildet ist, und einem als Schaltstift ausgebildeten
beweglichen Kontaktstück 62, das in Einschaltstellung links von der Mittellinie
dargestellt ist und in Pfeilrichtung A durch einen in der Zeichnung nicht näher
dargeste-llten Antrieb in Ausschaltrichtung bewegt wird.
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Am freien Ende des Zwischengehäuses 32 ist ein zylindrischer Vorsprung
66 angeformt, in den ein Kontaktring 64 eingesetzt ist. Dieser Kontaktring 64 trägt
in einer Nut 65 eingesetzt das feste Kontaktstück 60. In Abstand zu dem festen Kontaktstück
60 ist in den Vorsprung 66 eine Isolierstoffdüse 68 eingesetzt, die das feste Kontaktstück
60 in einem Abstand Uberragt und radial nach Innen gerichtet ist. so daß hierdurch
das Engnis 70 der Isolierdüse gebildet ist.
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Bei einem Ausschaltvorgang wird der bewegliche Schaltstift in Pfeilrichtung
A bewegt und in der Stellung 7 trennt es sich von dem festen KontaktstUck 60; die
Trennstellung
ist strichliert dargestellt und zwar rechts von der Mittelachse. Das Engnis 70 der
Düse ist dabei immer noch verschlossen. Bei weiterer Bewegung durchläuft der bewegliche
Schaltstift 62 das Engnis und gelangt in die sogenannte Löschstellung bei 74, die
durch die punktierte Linie rechts von der Mittellinie dargestellt ist. Bei weiterer
Bewegung gelangt der bewegliche Schaltstift in die Ausschaltstellung 76. Der Stromübergang
vom beweglichen Schaltstift 62 zudem Gegenkontakt 78 erfolgt Uber ein vorteilhaftes
bekanntes Rollenkontaktsystem. Dieses Rollenkontaktsystem ist aber nicht dargestellt,
sondern lediglich durch Kontaktfinger bei 78 symbolisiert.
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Das Zwischengehäuse 32 umgibt den Raum 36, in dem sich der Hauptkolben
58 bewegen kann. An de Innenfläche des Innrohres 38 ist ein Absatz 42 angeformt,
der als Anschlag für eine Druckfeder 80 dient, die sich mit ihrem anderen Ende gegen
die Rückseite des Kolbens 58 anlegt und diesen ebenfalls in Pfeilrichtung A zu drücken
sucht. Mit dem Hauptkolben 58 ist Uber einen in den Hauptkolben 58 eingreifenden
Ansohlagring 84 ein Achsstift 86 verbunden, der in einer Richtung hin, und zwar
entgegen der Ausschaltrichtung einen ersten Bereich 88 aufweist, der in einem Endbegrenzungsring
100 endet, wogegen in Richtung hin zum beweglichen Schaltstift der Achsstift 86
einen aus isolierendem Material bestehenden Bereich 102 aufweist. Durch diesen isolierenden
Bereich werden Paralellstrompfade gegenüber der Hauptstrombahn ausgeschlossen.
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Im Falle einer Ausschaltung, wenn sich der bewegliche Kontaktstift
bzw. Schaltstift 62 in Pfeilrichtung A bewegt, bewegt sich der Achsstift 86 des
Hauptkolbens 58 infolge der Kraft der Feder 80 ebenfalls in Pfeilrichtung A, wobei
das Gas aus dem Kompressionraum 36 Uber
Überströmbohrungen 104
im Kontaktring 64 zur Isolierdüse 70 hingelangt. Mit Beginn der Kontakttrennung
bei Stellung 72 und mit Auftreten eines Lichtbogens zwischen dem festen Kontaktstück
60 und dem bewegbaren Kontaktstück 62 wird nach Überfahren der Isolierdüsenmündung,
also bei 70, die Gasströmung zur Lichtbogenlöschung wirksam und zwar bis in die
Löschstellung 74 des Schaltstiftes 62. Beim Einschaltvorgang wird mit dem beweglichen
Schaltstift 62 Uber den Achsstiftbereich 102 und dessen Anschlagring 84 der Hauptkolben
58 entgegen der Spannung der Feder 80 in die links von der Mittellinie gezeichnete
Ausgangsstellung geführt.
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Zur Führung des isolierenden Abschnittes 102 des Achsstiftes 86 besitzt
der Kontaktring 64 einen Führungsring 106.
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An seiner Außenfläche besitzt der Hauptkolben 58 eine Dichtung 59,
die gleichzeitig auch zur Führung bzw. zum besseren Gleiten des Hauptkolbens im
Raum 36 dient.
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An der Außenfläche des Zwischengehäuses 32 sind zusätzlich Abschirmelektroden
108 vorgesehen. In ähnlicher Weise besitzt auch der Gegenkontaktbereich bei 78 Abschirmelektroden
110.
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Im Normalfall also bei einer Lastausschaltung reicht das von der Magnetspule
26 erzeugte Magnetfeld nicht aus, den Zusatzkolben 46 in die Ausschaltrichtung zu
bewegen.
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Vielmehr genügt dabei die Beblasung des Lichtbogens alleine durch
den Hauptkolben, der beim Ausschaltvorgang unter dem Druck der Feder 80 in Pfeilrichtung
A bewegt wird und dabei auf der Innenfläche des Zwischengehäuses 32 gleitet. Der
Hauptkolben wird quasi durch das bewegliche Schaltstück 62 freigegeben.
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Bei Kurzschlußausschaltungen jedoch ist das Magnetfeld in der Spule
26 so groß, daß es den Zusatzkolben ebenfalls in Pfeilrichtung A bewegt. Dadurch
wird der Raum 44 unterhalb des Kolbens verkleinert und das dort befindliche Druckgas
verringert, so daß dieses durch ein in dieser Richtung offenes Rückschlagventil
112 über die Kanäle 56 in den Raum 36 gedrückt wird; der Hauptkolben befindet sicht
dabei noch in der Ausgangsstellung.
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Dadurch wird bei Kurzschlußschaltungen dem Hauptkompressionsraum 36
noch eine zusätzliche, im Raum 44 befindliche Löschgasmenge, ohne Antriebsenergie
zu verbrauchen, zugeführt.
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An der oberen Seite des Abschlußflansches 12 ist ein Fortsatz 114
angeformt der der Stromzuführung zum Abschlußflansch hin dient. Dadurch wird im
Normalfall der Strom folgenden Weg haben: Kontaktanschluß 114, Magnetspule 26, Zwischengehäuse
32, Kontaktfinger 60 -bewegliches Schaltstück , bzw. beweglicher Schaltstift 62
- und Gegenkontakte bei 78. Beim Ausschaltvorgang werden irgendwelche Kommutierungen
nicht erfolgen.
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Die Schaltkammer des Leistungsschalters beeinhaltet also das Kontaktsystem
mit der Löschvorrichtung und das in Hub-, Zeit-Koordination mit dem beweglichen
Schaltstift gekoppelte Blassystem, das unabhängig von der Strombelastung beim Ausschaltvorgang
wirkt. Das Zusatzkompressionssystem wirkt nun ab einer bestimmten Ansprechstromstärke
oberhalb des Laststromes unabhängig von der Schaltstiftbewegung.
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Bezugsziffern 10 Löschkammer 12 Anschlußflansch 14 Gasraum 16 Federaufhängevorrichtung
18 Zylinder-Zugfeder 20 Verbindungskanal 22 Zylinderstutzen 24 Spulenabstützung
26 Magnetspule 28 Laufzylinder 30 Kontaktstelle 32 Zwischengehäuse 34 Spulenabdeckung
36 Kompressionsraum 38 Innenrohr 40 Innenrohrflansch 42 Innenrohrabsatz 44 Vorkompressionsraum
46 Ringkolben (Zusatzkolben) 48 Parabolische Innenfläche 50 Stirnfläche 52 Gleitdichtung
54 Anformung für Federaufhängung 56 Strömungskanäle 58 Hauptkolben 60 Gleitdichtung
Hauptkolben 62 Achsstift Hauptkolben 64 beweglicher Kontaktstift Ein-Schalt-Stellung
66 " fl Kontaktrennung 68 " " Löschstellung 70 " " Aus-Schalt-Stellung
72
Druckspiralfeder 74 Isolierdüse 76 Isolierdüse freies Ende 78 Flanschpartie Isolierdüse
80 Kontaktring 82 Uberströmbohrungen 84 feststehender Kontakt, Kontakttypenanorndung
86 Rückschlagventil 88 Abschirmhaubt 90 Gegenkontaktanordnung 92 Abschirmhaube Gegenkontakt
94 StromanschluR 96 Führungsbuchae 98 Anschlagring für Achsstift 100 Achsstiftverlängerung
metallisch 102 Endbegrezungsring Achsstift 104 Achsstift, Isolierteil