DE3242014C2 - - Google Patents
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
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- H01H33/167—Impedances connected with contacts the impedance being inserted only while opening the switch
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Description
Die Erfindung betrifft einen gasisolierten elektrischen Trennschalter,
mit mindestens einem Paar von Lichtbogenkontakten, die
einen ersten Schalter bilden, der mit einem Widerstand
in Reihe geschaltet ist, mit zwei Kontakten, die einen
zweiten Schalter bilden, der parallel zu dem Widerstand
geschaltet ist, wobei beim Ausschaltvorgang die beiden
Schalter nacheinander geöffnet werden.
Trennschalter sind in Kraftwerken oder dgl. für gewöhnlich
neben Leistungsschaltern angeordnet. Sie dienen typischer
weise zum Trennen eines Stromkreises nach der Unterbrechung
eines Stromflusses in diesem oder zum Schalten von Strom
übertragungssystemen. Die erstere Funktion ist dabei die
Trennung eines lastfreien Stromkreises durch den Trenn
schalter. Bei der Trennung des lastfreien Stromkreises
durch den Trennschalter tritt häufig eine Wiederzündung
des Lichtbogens zwischen den trennenden Schaltkontakten
auf, die zu einem Stromstoß großer Stärke
führt. Dies beruht darauf, daß die Schaltgeschwindigkeit
des Trennschalters im Vergleich zum Leistungsschalter
niedrig ist. Üblicherweise wird an den Trennschalter
ein Widerstand zur Unterdrückung eines solchen Strom
stoßes angeschlossen.
Ein Beispiel für die Funktion des Trennschalters ist das
Schalten von Hauptsammelschienen in einem Kraftwerk oder
dgl. mittels Stromkreis-Trennschaltern. Die Fig. 1a und
1b zeigen das Verbinden von Sammelschienen A und B unter
Ausnutzung von Trennschaltern, die gasförmiges SF₆ enthalten.
Bei diesem Vorgang wird ein Strom unterbrochen, der
nahezu dem Nennstrom in dem die Trennschalter A 1 und B 1
enthaltenden Stromkreis entspricht, der im folgenden als
Schleifenstrom bezeichnet ist.
Die Funktion der Trennung eines lastfreien Stromkreises
sowie die Funktion des Schaltens eines Schleifenstromes
nach obiger Definition müssen durch einen Trennschalter
in einem Kraftwerk oder dgl. häufig erfüllt werden.
Ein elektrischer Trennschalter der eingangs genannten Art
ist aus der DE-OS 21 12 381 bekannt. Die Betätigung des
Trennschalters erfolgt dabei mit einem Kolben, der auf
beide Schalter wirkt. Zum Öffnen des Trennschalters bewegt
sich der Kolben nach oben, so daß zunächst der von
Lichtbogenkontakten gebildete Schalter geöffnet wird,
während der zweite Schalter durch die Wirkung einer Feder
geschlossen bleibt. Erst wenn der erste Schalter vollständig
geöffnet hat, wird auch der zweite Schalter geöffnet,
d. h. der zweite Schalter ist während des Öffnungs
vorganges ständig parallel zum Widerstand geschaltet
und wird erst im stromlosen Zustand geöffnet.
Auf diese Weise kann jedoch das Wiederzünden des Lichtbogens
beim dort beschriebenen Trennschalter nicht wirksam
unterbunden werden, da der Widerstand parallel zum
geschlossenen Schalter praktisch unwirksam ist. Die
Lichtbogenkontakte selbst sind zwar in der Lage, Licht
bogenentladungen auszuhalten, die bei der Trennung der
Schaltkontakte stattfinden, nicht jedoch die übrigen
Hauptkontaktteile eines derartigen Trennschalters. Zum
Schutz der Hauptkontakte finden sich in dieser Druck
schrift jedoch keine Angaben. Außerdem hat der Trennschalter
gemäß der DE-OS 21 12 381 mit seinen in Reihe
geschalteten Hauptkontakten einen aufwendigen Aufbau.
In der DE-OS 19 29 551 ist parallel zu einem Paar von
Hauptkontakten eine erste Serienschaltung aus Hauptwiderstand
und Hauptwiderstandsschalter sowie eine zweite
Serienschaltung aus Hilfswiderstand und Hilfswiderstands
schalter vorgesehen. Somit sind die drei Schalter dort
jeweils parallel zueinander geschaltet und werden mit
einer vorgegebenen Phasenverschiebung geschaltet, um dadurch
eine Verringerung des Spitzenwertes des Spannungsstoßes
zu erreichen, der beim erneuten Schließen des
Schalters auftritt. Die dort beschriebene Anordnung hat
dabei einen aufwendigen Aufbau mit einer Vielzahl von
Schaltern und Widerständen, die in zeitlich genau abge
stimmter Weise betätigt werden müssen, damit sich keine
Aufschaukeleffekte ergeben.
Ausgehend von einem elektrischen Trennschalter der eingangs
genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen derartigen Trennschalter anzugeben, der
bei einfachem Aufbau eine wirkungsvolle Unterbrechung
des Schleifenstroms gewährleistet und den Verschleiß
der Hauptkontakte auch beim Wiederzünden des Lichtbogens
verhindert.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, einen Trennschalter
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß
zwei Kontakte, die einen Hauptschalter bilden, parallel
zu der Reihenschaltung aus dem ersten Schalter und dem
Widerstand geschaltet sind, und daß beim Ausschaltvorgang
zuerst der Hauptschalter, dann der erste Schalter und
schließlich der zweite Schalter öffnen, wobei der zweite
Schalter bereits öffnet, bevor der erste Schalter seine
vollständige Öffnungsstellung erreicht.
Mit dem erfindungsgemäßen Trennschalter wird das angestrebte
Ziel in zufriedenstellender Weise erreicht. Bei
kompaktem Aufbau werden eine zuverlässige Stromunter
brechung erzielt und sonst auftretende Beschädigungen
der Hauptkontakte vermieden. Da der zweite Schalter bereits
öffnet, bevor der erste Schalter seine vollständige
Öffnungsstellung erreicht, wird das Wiederzünden des
Lichtbogens in vorteilhafter Weise unterdrückt.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Trennschalters ist
vorgesehen, daß der eine Überbrückungskontakt des zweiten
Schalters integral mit dem mit ihm elektrisch verbundenen
Lichtbogenkontakt des ersten Schalters ausgebildet
und mittels einer Feder gegen einen beweglichen Kontakt
des ersten Schalters vorgespannt ist.
Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Trennschalters ist vorgesehen, daß der eine Überbrückungs
kontakt und der mit ihm verbundene Lichtbogenkontakt jeweils
am Ende einer sie verbindenden Tragstange angebracht
sind und daß die Tragstange in einem die Feder aufnehmenden
Federgehäuse verschiebbar geführt ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn beim erfindungsgemäßen
Trennschalter die Feder einen an der Tragstange angebrachten,
im Federgehäuse geführten, die Bewegungsgeschwindigkeit
der Tragstange steuernden Kolben beaufschlagt, und
daß das Federgehäuse Ausblasöffnungen für das vom Kolben
komprimierte Löschgas aufweist.
Mit den vorstehend angegebenen Maßnahmen wird die Wirkungsweise
des erfindungsgemäßen Trennschalters in vorteilhafter
Weise unterstützt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung
zeigt in
Fig. 1a und 1b Schaltbilder eines Sammelschienen-Schalt
kreises in verschiedenen Zuständen;
Fig. 2 ein Ersatzschaltbild einer Ausführungsform des
Stromkreis-Trennschalters;
Fig. 3 eine Darstellung im Längsschnitt zur Erläuterung
des Aufbaus des Trennschalters gemäß Fig. 2;
Fig. 4 einen Teillängsschnitt in vergrößertem Maßstab
zur Erläuterung eines wesentlichen Bereiches der
Ausführungsform gemäß Fig. 3;
Fig. 5 ein Ersatzschaltbild für die Ausführungsform gemäß
Fig. 3 bei getrennten Hauptkontaktstücken;
Fig. 6 ein Ersatzschaltbild der Ausführungsform gemäß
Fig. 3, wobei die Lichtbogenkontakte nach dem Zustand
gemäß Fig. 5 getrennt worden sind;
Fig. 7 ein Ersatzschaltbild der Ausführungsform gemäß
Fig. 3, wobei die Überbrückungskontakte nach dem
Zustand gemäß Fig. 6 getrennt worden sind;
Fig. 8 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung, in der die
Hauptkontaktstücke getrennt sind;
Fig. 9 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung, in der nach
dem Zustand gemäß Fig. 8 die Lichtbogenkontakte
getrennt worden sind;
Fig. 10 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung, in der
nach dem Zustand gemäß Fig. 9 die Überbrückungs
kontakte getrennt worden sind; und in
Fig. 11 eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung, die den
Trennschalter nach Durchführung des Trenn- oder
Ausschaltvorganges zeigt.
Im folgenden wird zunächst der Aufbau des Trennschalters
unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 näher erläutert. Der
Trennschalter weist einen Behälter 1 auf,
der mit einem zur Lichtbogenlöschung geeigneten Löschgas
gefüllt und durch isolierende Distanzstücke 2 und 3
verschlossen ist. An den Distanzstücken 2 und 3 sind
Leiter 4 bzw. 5 befestigt, die als Anschlüsse vorgesehen
sind. Eine Abschirmung 6 aus leitfähigem Material ist
am Leiter 4 angebracht und mit einer Öffnung 6 a versehen.
Ein festes Hauptkontaktstück 7 ist in der Abschirmung so
angeordnet, daß es der Öffnung 6 a zugewandt ist. Das
feste Hauptkontaktstück 7 ist an der Abschirmung 6
befestigt und elektrisch mit diesem verbunden.
Ein Widerstand 8 ist mit einem seiner Enden an der
Abschirmung 6 befestigt und weist einen Isolierstab 8 a und
ein Widerstandselement 8 b auf. Am anderen Ende des Wider
standes 8 ist ein zylindrisches Federgehäuse 9 angebracht.
Im Federgehäuse 9 ist eine sich innerhalb des festen Kontakt
stückes 7 erstreckende, leitfähige Tragstange 10 ver
schiebbar geführt, die an einem Ende mit einem festen
Lichtbogenkontakt 10 a versehen ist, der eine Lichtbogenent
ladung aushält. Die Tragstange 10 ist bei der Anordnung
gemäß Fig. 2 und 3 nach rechts bis zu einer Stellung verschiebbar,
in der das Ende des Lichtbogenkontaktes 10 a
aus der Abschirmung 6 herausragt. Der Lichtbogenkontakt
10 a ist über das Federgehäuse 9 mit dem anderen Ende des
Widerstandes 8 verbunden. Eine Feder 11 beaufschlagt die
Tragstange 10 in der Richtung nach rechts, so daß sie
aus der Abschirmung 6 herausragt.
Die Tragstange 10 ist an ihrem dem Lichtbogenkontakt 10 a
gegenüberliegenden Ende mit einem Überbrückungskontakt 10 b
versehen, der mit einem festen Überbrückungskontakt 20 in
und außer Eingriff bringbar ist, und zwar in Abhängigkeit
von der Position bzw. der Bewegung der Tragstange 10.
Der Überbrückungskontakt 20 ist von einer Abschirmung 21
umgeben, die mit der Abschirmung 6 verbunden ist.
Am Leiter 5 ist eine weitere, aus leitfähigem Material
bestehende Abschirmung 12 befestigt, die mit einer Öffnung
12 a versehen ist. In der Abschirmung 12 ist ein
bewegliches Hauptkontaktstück 13 verschiebbar gelagert.
Das Hauptkontaktstück 13 ist an einem Ende mit einem
beweglichen Lichtbogenkontakt 13 a versehen, der eine Licht
bogenentladung aushält. Wenn sich das bewegliche Haupt
kontaktstück 13 aus der Stellung gemäß Fig. 3 nach rechts
verschiebt, trennt es sich vom festen Hauptkontaktstück 7,
bevor sich die beiden Lichtbogenkontakte 10 a und 13 a von
einander trennen. Mit der Abschirmung 12 ist ein Kontaktstück
14 verbunden, das mit dem beweglichen Hauptkontaktstück
13 in Gleitberührung steht. Mit dem Hauptkontaktstück
13 ist eine isolierende Betätigungsstange 15 verbunden.
Ein Gelenkmechanismus 16 überträgt die Antriebskraft einer
nicht dargestellten Antriebsquelle über die isolierende
Betätigungsstange 15 auf das Hauptkontaktstück 13.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 bis 4 sind die beiden
Überbrückungskontakte 10 b und 20 mit dem Widerstand 8
parallel geschaltet. Der Überbrückungskontakt 20 ist ein
fester Überbrückungskontakt, während der Überbrückungskontakt
10 b beweglich ist und mit dem festen Überbrückungskontakt
20 in Berührung gebracht und von ihm getrennt werden
kann. Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, ist der bewegliche
Überbrückungskontakt 10 b über die Tragstange 10
integral mit dem Lichtbogenkontakt 10 a verbunden. Die
Überbrückungskontakte 10 b und 20 lassen sich erst trennen,
wenn die beiden Lichtbogenkontakte 10 a und 13 a getrennt
worden sind. Sie werden wieder miteinander in Berührungs
kontakt gebracht bzw. geschlossen, wenn die beiden Licht
bogenkontakte 10 a und 13 a wieder miteinander in Kontakt
gebracht worden sind.
Mit den Bezugszeichen 22 und 23 sind Ausblasöffnungen im
Federgehäuse 9 zur Steuerung der Arbeitsgeschwindigkeit
des Lichtbogenkontaktes 10 a dargestellt. Ein durch die
Feder 11 im Federgehäuse 9 beaufschlagter Kolben 10 c
verdichtet das Löschgas im Federgehäuse 9, wobei das
Löschgas über die Ausblasöffnungen 22 und 23 ausgetrieben
und damit die Bewegungsgeschwindigkeit der Tragstange 10
und damit des Lichtbogenkontaktes 10 a geändert wird.
In dem Ersatzschaltbild gemäß Fig. 2 stehen die Bezugs
zeichen Zm für die Impedanz der Hauptstromstrecke des
Trennschalters, Zb für die Impedanz des den Lichtbogen
kontakt 10 a, die Tragstange 10 und den beweglichen
Überbrückungskontakt 10 b enthaltenden Stromkreises, Zl
für die Impedanz der zum Schaltzeitpunkt des Systems
bestehenden Stromschleife, und R für den Widerstandswert
des Widerstandes 8.
Die Größen Zm, Zb, Zl und R stehen im allgemeinen in
folgender Beziehung zueinander:
Zb ≅ Zm < Zl < R (1)
Die Wirkungsweise des elektrischen Trennschalters wird
nachstehend näher erläutert.
Die Fig. 5 und 8 zeigen den Zustand des Trennschalters
unmittelbar nach dem Beginn des Trenn- oder Ausschalt
vorganges bei der Unterbrechung des Schleifenstromes. Bei
der Verschiebung des Hauptkontaktstückes 13 werden die
Hauptkontaktstücke 7 und 13, die den Hauptschalter bilden,
voneinander getrennt. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich
die Lichtbogenkontakte 10 a und 13 a sowie die Überbrük
kungskontakte 10 b und 20 in ihrem Schließzustand, so daß
der Widerstand 8 über die Überbrückungskontakte 10 b und
20 in Nebenschluß geschaltet ist.
In diesem Zustand stehen die Größen Zm und Zb gemäß der
Ungleichung (1) in folgender Beziehung zueinander:
Zb ≅ Zm
Beim Trennen der Hauptkontaktstücke 7 und 13 beginnt
somit der Schleifenstrom i vollständig über die Stromstrecke
zu fließen, welche die Überbrückungskontakte 10 b und 20
sowie die Lichtbogenkontakte 10 a und 13 a enthält. Infolge
dessen wird eine Beschädigung der Hauptkontaktstücke 7
und 13 durch eine Lichtbogenentladung praktisch verhindert.
Bei der weiteren Verschiebung des Hauptkontaktstückes 13
nach rechts stellt sich ein in den Fig. 6 und 9 dargestellter
Zustand ein. In diesem Zustand hat der mit dem Lichtbogenkontakt
10 a einstückig verbundene Kolben 10 c die im
Federgehäuse 9 gebildete Ausblasöffnung 22 freigegeben.
Sobald dieser Zustand erreicht ist, nimmt daher die Bewegungs
geschwindigkeit des Lichtbogenkontaktes 10 a plötzlich
ab. Infolgedessen beginnt der bewegliche Lichtbogenkontakt
13 a, sich von dem anderen Lichtbogenkontakt 10 a
zu trennen, so daß ein Lichtbogen 24 zwischen den beiden
Lichtbogenkontakten 10 a und 13 a auftritt.
Dieser bei der Unterbrechung des Schleifenstromes erzeugte
Lichtbogen kann mit einem Gasstrom gelöscht werden, der
in einer Strömungsführung 28 durch einen Blaszylinder
26 und einen Kolben 27 erzeugt wird, die in Fig. 3
dargestellt sind.
Bei der weiteren Bewegung des Hauptkontaktstückes 13 nach
rechts stellt sich der Zustand gemäß Fig. 7 und 10 ein.
Genauer gesagt, nach dem Löschen des bei der Unterbrechung
des Schleifenstromes zwischen den Lichtbogenkontakten 10 a
und 13 a erzeugten Lichtbogens beginnt der integral mit dem
Lichtbogenkontakt 10 a verbundene, bewegliche Überbrückungs
kontakt 10 b, sich von dem festen Überbrückungskontakt 20
zu trennen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Hauptkontaktstücke
7 und 13 sowie die Lichtbogenkontakte 10 a und 13 a
bereits voneinander getrennt worden, so daß beim Trennen
der Überbrückungskontakte 10 a und 20 kein stromführender
Stromkreis unterbrochen wird.
Bei der Trennung einer lastfreien Sammelschiene ist es
erforderlich, den Schaltstoß durch Einschalten eines
Widerstandes in Reihe mit dem den Trennschalter enthaltenden
Stromkreis zu unterdrücken. Der Schaltstoß ist im
allgemeinen proportional zu dem Potentialunterschied zwischen
den beiden Kontaktteilen des Trennschalters zum
Zeitpunkt einer erneuten Lichtbogenentladung. Der Potential
unterschied zwischen den Kontakten ist dabei dem
Abstand zwischen den Kontakten zum Zeitpunkt der Licht
bogenentladung proportional. Infolgedessen tritt ein großer
Schaltstoß mit einem solchen Wert, daß er durch die
Einschaltung eines Widerstandes unterdrückt werden muß, in
dem Falle auf, wo ein Lichtbogen entsteht, wenn sich das
Hauptkontaktstück 13 in einem bestimmten Abstand vom
Lichtbogenkontakt 10 a befindet. Dieser Abstand beträgt
typischerweise 1/4 bis 1/3 der gesamten Strecke zwischen
den Kontakten, auch wenn er von der jeweiligen Anordnung
abhängig ist.
Wenn sich das Hauptkontaktstück 13 in der Anfangsphase
des Ausschaltvorganges gemäß Fig. 8 und 9 befindet, sind
die beiden Überbrückungskontakte 10 b und 20 noch nicht
getrennt, so daß sich der Widerstand 8 zur Unterdrückung
von Schaltstößen in einem im Nebenschluß geschalteten
Zustand befindet.
Fig. 10 zeigt den Zustand, wo das Hauptkontaktstück 13
vom Lichtbogenkontakt 10 a getrennt ist. In diesem Zustand
ist der Widerstand 8 mit den Lichtbogenkontakten 10 a und
13 a in Reihe geschaltet, da die Überbrückungskontakte 10 b
und 20 voneinander getrennt sind. Wenn zu diesem Zeitpunkt
ein wieder gezündeter Lichtbogen 25 zwischen den Kontakten
auftritt, kann der resultierende Schaltstoß durch den
Widerstand 8 wirksam aufgefangen bzw. unterdrückt werden.
Fig. 11 zeigt den Trennschalter nach durchgeführtem Trenn-
bzw. Ausschaltvorgang. Beim erneuten Anschließen der
lastfreien Sammelschiene durch den Trennschalter, ausgehend
vom Zustand gemäß Fig. 11, tritt ein Wiederzünden
des Lichtbogens auf, bevor der Lichtbogenkontakt Fig. 13a mit
dem anderen Lichtbogenkontakt 10 a in Berührung kommt.
Dabei gewährleistet der den Schaltstoß unterdrückende
Widerstand 8 eine wirksame Unterdrückung sämtlicher
wiedergezündeter Lichtbogenentladungen.
Wie vorstehend im einzelnen erläutert, ist der mit den
Überbrückungskontakten versehene Stromkreis-Trennschalter
in vorteilhafter Weise in der Lage, einerseits einen
Schleifenstrom zu unterbrechen und andererseits den zum
Zeitpunkt des Schaltens einer lastfreien Sammelschiene
erzeugten Schaltstoß mit dem Widerstand 8 zu unterdrücken.
Claims (4)
1. Gasisolierter elektrischer Trennschalter,
mit mindestens einem Paar von Lichtbogenkontakten
(10 a, 13 a), die einen ersten Schalter bilden, der
mit einem Widerstand (8) in Reihe geschaltet ist,
mit zwei Kontakten (10 b, 20), die einen zweiten
Schalter bilden, der parallel zu dem Widerstand (8)
geschaltet ist,
wobei beim Ausschaltvorgang die beiden
Schalter (10 a, 13 a; 10 b, 20) nacheinander geöffnet
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei Kontakte (7, 13), die einen Hauptschalter
bilden, parallel zu der Reihenschaltung aus dem
ersten Schalter (10 a, 13 a) und den Widerstand (8)
geschaltet sind,
und daß beim Ausschaltvorgang zuerst der Hauptschalter
(7, 13), dann der erste Schalter (10 a, 13 a) und
schließlich der zweite Schalter (10 b, 20) öffnen,
wobei der zweite Schalter (10 b, 20) bereits öffnet,
bevor der erste Schalter (10 a, 13 a) seine vollständige
Öffnungsstellung erreicht.
2. Trennschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Überbrückungskontakt (10 b) des zweiten
Schalters (10 b, 20) integral mit dem mit ihm elektrisch
verbundenen Lichtbogenkontakt (10 a) des ersten
Schalters (10 a, 13 a) ausgebildet und mittels einer
Feder (11) gegen einen beweglichen Kontakt (13 a)
des ersten Schalters (10 a, 13 a) vorgespannt ist.
3. Trennschalter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Überbrückungskontakt (10 b) und der mit
ihm verbundene Lichtbogenkontakt (10 a) jeweils am
Ende einer sie verbindenden Tragstange (10) angebracht
sind,
und daß die Tragstange (10) in einem die Feder (11) auf
nehmenden Federgehäuse (9) verschiebbar geführt ist.
4. Trennschalter nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Feder (11) einen an der Tragstange (10)
angebrachten, im Federgehäuse (9) geführten, die
Bewegungsgeschwindigkeit der Tragstange (10)
steuernden Kolben (10 c) beaufschlagt,
und daß das Federgehäuse (9) Ausblasöffnungen (22, 23)
für das vom Kolben (10 c) komprimierte Löschgas
aufweist.
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