DE3311022A1

DE3311022A1 - Trennschalter

Info

Publication number: DE3311022A1
Application number: DE19833311022
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Minoo Osaka Yoshizumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1983-03-25
Publication date: 1983-09-29
Also published as: JPS58165221A; CH661615A5; DE3311022C2; US4500762A

Description

Die Erfindung betrifft einen gasgefüllten Trennschalter, der einen Widerstand zur Unterdrückung einer anormalen Spannung enthält und in der Lage ist, einen Schleifenstrom zu unterbrechen.

Bei Unterstationen befindet sich der Trennschalter normalerweise in der Nähe eines zugeordneten Schaltungsunterbrechers und wird üblicherweise verwendet, um (1) eine vom Schaltungsunterbrecher getrennte Leitung zu öffnen und zu schließen und (2) Übertragungssysteme zu schalten. Im ersten Falle (1) dient der Trennschalter zum öffnen und Schließen einer elektrischen Leitung unter Nicht-Belastung, und es ist bekannt, daß sich das Nachzünden eines elektrischen Bogens zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Kontaktteilen, des Trennschalters wiederholt, so daß sogenannte Trennschalter-Spannungsstöße hoher Schärfe erzeugt werden. Dies deswegen, weil der Trennschalter im Vergleich zum Schaltungsunterbrecher eine relativ geringe Schaltgeschwindigkeit hat. Es ist auch bekannt, daß man den Trennschalter mit einem zusätzlichen Widerstand ausrüstet, um derartige Spannungsstöße beim Öffnen und Schließen zu unterdrücken.

Andererseits geht es im zweiten Falle (2) darum, mit dem Trennschalter in der zugeordneten Unterstation ^ow Sammelschienen miteinander zu verbinden. Wenn beispielsweise ein Paar von Sammelschienen mit einer gemeinsamen Leitung über entsprechende Trennschalter verbunden ist, so führt der Vorgang des Schaltens von einer Sammelschiene zur anderen zur Unterbrechung des sogenannten Schleifenstromes, der annähernd einem durch eine Schaltung einschließlich dös Paares von Trennschaltern fließenden Nennstrom entspricht, indem man die gute Unterbrechungseigenschaft verwendet, die Scbwefelhexa-

-4-fluorid SF, besitzt. Dies ist hinreichend bekannt.

Weiterhin sind sowohl die Fähigkeit, eine Leitung unter Nicht-Belastung zu öffnen und zu schließen, als auch die Fähigkeit den Schleifenstrom in der oben beschriebenen Weise zu öffnen und zu schließen, in vielen Fällen für einen gemeinsamen Trennschalter erforderlich, der in einer Unterstation anzuordnen ist.

jQ Ein herkömmlicher Trennschalter mit einem Widerstand zur Unterdrückung von Spannungsstößen beim Öffnen und Schließen ist beispielsweise in der JP-OS 95 276/1978 beschrieben. Gemäß der genannten Veröffentlichung weist der Trennschalter ein mit Schwefelhexafluorid- oder SFg-Gas gefülltes Gehäuse, ein ausgedehntes, elektrisch leitendes Tragteil, das durch ein Ende des Gehäuses abgedichtet ist, sowie ein stationäres Hauptkontaktteil und ein stationäres Bogenkontaktteil auf, die koaxial am Tragteil angeordnet sind. Außerdem ist ein hohler zylindrischer Widerstand am Tragteil angeordnet, der das stationäre Hauptkontaktteil umgibt und ein freies Endteil besitzt, das an einem Metallschirm in Form eines Halbtoroids endet, der sich oberhalb des stationären Hauptkontaktteiles befindet und das stationäre Bogenkontaktteil umgibt. Ein bewegliches Kontaktteil in Form eines Hohlzylinders ist so angeordnet, daß es den stationären Haupt- und Bogenkontaktteilen gegenüberliegt und mit diesen in trennbaren Eingriff kommt, wobei eines seiner Endteile trennbar und sandwichartig zwischen ihnen angeordnet ist.

Beim Trennen des beweglichen Kontaktteiles von den stationären Haupt- und Bogenkontaktteilen wird eine Vielzahl von wiedergezündeten elektrischen Bogen intermittierend zwischen dem Schirm und dem Ende des beweglichen Kontaktteiles hervorgerufen, die zum Auftreten von hohen scharfen Spannungsstößen führen, welche mit dem hohen zylindrischen Widerstand reduziert werden.

_ c _β

Dies gilt für den Fall des Eingriffs vom beweglichen Kontaktteil mit den stationären Haupt- und Bogenkontaktteilen. Außerdem hat der wiedergezündete Bogen Beschädigungen des Schirmes hervorgerufen.

Außerdem wird ein in der Nähe des zylindrischen Widerstandes ausgebildetes elektrisches Feld abrupt geändert, und zwar unmittelbar nach dem Auftreten eines wiedergezündeten elektrischen Bogens im Vergleich zu dem ausgebildeten Feld vor dem Auftreten des wiedergezündeten Bogens. Dies hat zu einer raschen Zunahme der Feldstärke des elektrischen Feldes geführt/ die vom Schirm oder Tragteil zum Gehäuse gerichtet ist. Somit hat dieser rasche Anstieg der Feldstärke des elektrischen Feldes sich mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Fehler mit Kurzschluß gegenüber Erde Weiterentwickelt.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten Trennschalter anzugeben, der in der Lage ist., eine Beschädigung des Schirmes aufgrund eines wiedergezündeten elektrischen Bogens zu verhindern, der beim öffnen und Schließen hervorgerufen wird, und der im wesentlichen frei von einer Änderung des in der Nähe des stationären Kontaktes ausgebildeten elektrischen Feldes unmittelbar nach dem Auftreten des wiedergezündeten elektrischen Bogens ist.

Gemäß der Erfindung wird ein Trennschalter mit einem Aufbau angegeben, bei dem ein Strom durch ein Paar von

^O Hauptkontakten zu einem Paar Von Bogenkontakten und dann zu einem Widerstand gefolgt von einer Unterbrechung kommutiert, wobei der Schalter einen elektrisch leitenden Schirm mit einer kreisförmigen öffnung sowie ein bewegliches Kontaktteil aufweist, das jeweils einen der Paare von Haupt- und Bogenkontakten bildet, die zum Einsetzen in den Schirm durch die kreisförmige Öffnung ausgebildet sind. Das bewegliche Kontaktteil besitzt Kontaktbereiche, die so angeordnet sind, daß sie mit dem

jeweils anderen der Paaie. von Haupt- und Bogenkontakten in Eingriff kommen, wobei die Kontaktbereiche innerhalb des Schirmes angeordnet sind, wenn die Paare von Haupt- und Bogenkontakten in die geschlossene Stellung gebracht sind. Ferner ist eine Widerstandselektrode in Form eines Toroids oder Ringes zwischen einem Teil des Schirmes, der die kreisförmige Öffnung des Schirmes bildet, und dem beweglichen Kontaktteil angeordnet, wobei der Toroid eine gekrümmte Oberfläche besitzt, die außerhalb über die Öffnung hinaus vorsteht. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß beim Trennen der Paare von Bogenkontakten voneinander das Paar von Bogenkontakten parallel zu einer Reihenkombination der Widerstandselektrode und eines Spaltes geschaltet wird, der zwischen dem bewegliehen Kontaktteil und der Widerstnadselektrode ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt eines herkömmlichen

Trennschalters in seiner Schließstel

lung, wobei Teile in Seitenansicht dargestellt sind,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt der Anordnung

gemäß Fig. 1 zur Erläuterung des Uberganges von der Schließstellung in die

Offenstellung,

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung

zur Erläuterung, wie sich der wiedergezündete elektrische Bogen gemäß Fig. 2 zu einem Erdfehler entwickelt,

Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Darstellung

zur Erläuterung eines elektrischen Feldes, das in der Nähe der stationären

_·. ΤΙ und beweglichen Kontaktteile gemäß

Fig. 1 oder 2 ausgebildet ist, bevor der wiedergezündete elektrische Bogen auftritt,

Fig. 5 . eine der Fig. 4 ähnliche Darstellung

zur Erläuterung des elektrischen Feldes, das sich unmittelbar nach dem Auftreten des wiedergezündeten elek-. trischen Bogens gemäß Fig. 2 ausge-

bildet hat,

Fig. 6 eine der Fig. 5 ähnliche Darstellung

zur Erläuterung eines anderen herkömmlichen Trennschalters,

Fig. 7 einen Längsschnitt einer Ausführungs-

form des Trennschalters gemäß der Er

findung in seiner Schließstellung, wobei Teile in Seitenansicht dargestellt sind,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der

Stationärkontaktseite der Anordnung

gemäß Fig. 8, teilweise mit Wegbrechungen,
Fig. 9 einen Teillängssdhnitt eines Teiles

der Anordnung gemäß Fig. 8 in der Schließstellung, wobei Teile in Seiten

ansicht dargestellt sind,

Fig. 10 bis 12 der Fig.. 9 ähnliche Darstellungen zur

Erläuterung der aufeinanderfolgenden

Stellungen des beweglichen Kontakten

^ow teiles relativ zum stationären Kontaktteil, nachdem bei der Anordnung gemäß Fig. 7 der Öffnungsvorgang eingeleitet worden ist, bis die vollständig offene Stellung erreicht ist, Fig. 13 ein Ersatzschaltbild der Anordnung

gemäß Fig. 8 bei Unterbrechung einer Schleifenschaltung,

-δι Fig. 14 eine den Fig. 11 oder 12 ähnliche Darstellung zur Erläuterung der Stellung des beweglichen Kontakteiles relativ zu den stationären Kontaktteilen kurz vor der vollständig geöffneten Stellung

und in
Fig. 15 ein Ersatzschaltbild der Anordnung

gemäß Fig. 8 beim Öffnen einer elektrischen Leitung unter Nicht-Belastung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst ein herkömmlicher Trennschalter unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert, die der Fig. 5 der JP-OS 95 276/1978 entspricht. Die dargestellte Anordnung weist ein Gehäuse in Form eines Hohlzylinders auf, der ein offenes Ende, in diesem Falle bei der Darstellung gemäß Fig. 1 auf der linken Seite, besitzt, das mit einem elektrisch isolierenden Deckel 12 hermetisch verschlossen ist. Ein metallisches Tragteil 14 ist koaxial innerhalb des Gehäuses 10 in der Nähe des verschlossenen Endteiles angeordnet, wobei seine Tragstange sich abgedichtet durch den elektrisch isolierenden Deckel 12 hindurch erstreckt und in der Längsachse des Gehäuses 10 liegt, wobei seine Tragscheibe einstückig mit dem Ende der Tragstange innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet ist, so daß sie senkrecht zu der Längsachse steht. Ein stationäres Hauptkontaktteil 16 in Form einer Tulpe ist in der in Fig. 1 dargestellten Weise konzentrisch an der oberen Oberfläche der Tragscheibe angeordnet und umgibt ein stationäres Boaenkontaktteil 18, das zentral an der oberen Oberfläche der Tragscheibe angeordnet ist und sich etwas über das freie Ende des stationären Hauptkontaktteiles 16 hinaus erstreckt. Das stationäre Bogenkontaktteil 18 ist mit dem stationären Hauptkontaktteil 16 über ein fingerförmiges

Kontaktteil 18a verbunden. Ferner ist ein hohles Zylinderteil 20 aus einem elektrischen Widerstandsmaterial an der oberen Oberfläche der Tragscheibe angeordnet, welches das stationäre Hauptkontakteil 16 koaxial umgibt

und an seinem Ende mit einer ringförmigen Metallabschirmüng oder einem ringförmigen metallischen Schirm versehen ist. Der Schirm 22 hat einen radial nach innen verlaufenden Umfang, der radial nach innen zu einem HaIbring oder Halb-Toroid mit einem relativ großen Durchmesser gebogen ist und sich oberhalb des oberen Endes des stationären Hauptkohtaktteiles 16 befindet. Das halbringförmige Teil des Schirmes 22 umgibt den oberen Bereich des stationären Bogenkontaktteiles 18 und sein radial nach innen verlaufender Umfang steht über letzterem vor.

Auf diese Weise ist eine Stationärkontakt-Anordnung auf den Tragteil 14 aufgebaut. Diese Statiönärkontakt-Anordnung kommt in lösbaren oder trennbaren Eingriff mit einer Anordnung von beweglichen Kontakten, die im Gehäuse 10 auf der Längsachse beweglich angeordnet ist.

Diese Anordnung von beweglichen Kontakten weist ein bewegliches Kontaktteil 24 in Form eines Hohlzylinders auf, der innerhalb des Gehäuse 10 auf der Längsachse beweglich angeordnet ist und mit seinem einen Endteil, in diesem Falle dem linken Endteil bei der Darstellung gemäß Fig. 1, mit dem stationären Hauptkontaktteil 16 in trennbaren Eingriff bringbar ist. Das bewegliche Kontaktteil 24 ist an seinem linken Ende mit einem bogenfesten Zylinderteil 26 und am anderen oder rechten Ende mit einer elektrisch isolierenden Stange, in diesem Falle in Form eines Hohlzylinders versehen. Die elektrisch isolierende Stangge 28 ist innerhalb des Gehäuses 10 in der Längsachse angeordnet und an ihrem anderen oder rechten Ende mit einem Schalthebel oder Schaltgestänge 30 verbunden, welches in einem Abteil angeordnet ist, das in Fluidverbindung mit dem anderen

oder rechten, offenen Ende des Gehäuses 10 steht.

Das Schaltgestänge 30 arbeitet in der Weise, daß es das bewegliche Kontaktteil 24 mit den stationären Haupt-

-ΙΟΙ und Bogenkontaktteilen 16 und 18 in und außer Eingriff bringt.

Außerdem ist das bewegliche Kontaktteil 24 axial verschiebbar von einem elektrisch isolierenden Teil 32 in Form eines Hohlzylinders gelagert, und zwar über ein fingerförmiges Kontaktteil 34. Das elektrisch leitende Teil 32 ist koaxial zum beweglichen Kontaktteil 24 angeordnet und integral mit einer Tragstange 36 aus einem elektrisch leitenden Material verbunden, die sich senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 10 erstreckt und abgedichtet durch einen weiteren elektrisch isolierenden Deckel 3 8 hindurchgeht, der eine im Gehäuse 10 vorgesehene seitliche Öffnung hermetisch verschließt.

Das elektrisch leitende Teil 32 ist an beiden Enden mit Abschirmungen oder Schirmen 40 versehen, die ähnlich dem Schirm 22 ausgebildet sind. Das Gehäuse 10 ist mit Schwefelhexafluorid- oder SF_g-Gas gefüllt.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird nachstehend erläutert. Wenn das Schaltgestänge 30 betätigt wird, um das bewegliche Kontaktteil 24 mit den stationären Haupt- und Bogenkontaktteilen 16 und 18 außer Eingriff zu bringen, bildet sich ein wiedergezündeter elektrischer Bogen 4 2 zwischen dem bogenfesten Zylinderteil 26 am beweglichen Kontaktteil 24 und dem Schirm 2 2 der Stationärkontakt-Anordnung aus, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, die näher darstellt, wie der Systemstrom unterbrochen wird.

Die wiedergezündeten elektrischen Bogen 42 werden in einer Vielzahl bei jedem Öffnen und Schließen des Trennschalters intermittierend ausgebildet, und im Hinblick auf das Design oder die Ausgestaltung der elektrischen Isolierung für Trennschalter ist es wichtig, die Beschädigungen der Oberfläche des Schirmes 22 aufgrund von. wiedergezündeten Bogen 4 2 zu verringern. Um diese Beschä-

-πι digungen zu reduzieren, sorgt man wirksamerweise dafür, daß der auf dem Schirm 22 ausgebildete elektrische Bogen 42 nur eine begrenzte Flache des Schirmes 22 erreicht. Dies ist auch wirksam/ um ein Fortschreiten der wiedergezündeten elektrischen Bogen zu einem Kurzschluß gegenüber Erde zu verhindern, wie es beispielsweise in der Literaturstelle S. Narimatsu et al "Interrupting Performance of Capacity Current by Disconnecting Switch for Gas Insulated Switchgear", IEEE PES 81WM144-5 (1981) beschrieben ist.

Fig. 3, die im wesentlichen der Fig. 2 entspricht, zeigt zusätzlich einen elektrischen Bogen 44, bei einem Erdkurzschlußfehler, der sich aus dem wiedergezündeten elektrischen Bogen entwickelt hat, wobei diese Fig. der Zeichnung dazu dient, die Art und Weise zu erläutertn, wie sich der wiedergezündete elektrische Bogen 42 zu einem Erdkurzschlußfehler entwickelt. Es wird davon ausgegangen, daß die Ausbildung zu dem elektrischen Bogen aus der Tatsache resultiert', daß ein elektrisches Feld, das in der Nähe der stationären und beweglichen Kontaktteile und der zugeordneten Bauteile ausgebildet ist, durch den elektrischen Bogen 42 gestört wird, der die stationäre und die bewegliche Seite überbrückt. Um diese Störung zu verhindern* ist es effektiv, Punkte, die die elektrischen Bögen 42 auf dem Schirm 42 erreichen, auf eine begrenzte Fläche des Schirmes zu konzentrieren.

Fig. 4 zeigt Äquipotentiallinien P1, die ein elektrisches Feld angeben, das sich in der Nähe des hohlen Zylinderteiles 2O aus elektrischem Widerstandsmaterial innerhalb der Anordnung gemäß Fig. 1 dadurch ausgebildet hat, daß die Anordnung mit den beweglichen Kontaktteilen auf ein Potential von 1,0 p.u. (Leistungseinheit) und die Stationärkontakt-Anordnung auf ein Potential von -1,0 p.u. (Leistungseinheit) gelegt ist, und zwar unmittelbar bevor der elektrische Bogen 42 wieder zwischen dem bogenfesten Teil 26 und dem Schirm

22 zündet, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. In Fig. 4 bezeichnet der Pfeil E1, der von dem Endteil des hohlen Zylinderteiles 20 in der Nähe des Schirmes 22 ausgeht, einen Vektor, der die elektrische Feldstärke an diesem Endteil angibt, und der andere Pfeil, der vom anderen Endteil in der Nähe des Tragteiles 14 ausgeht, bezeichnet einen Vektor, der die elektrische Feldstärke am anderen Ende angibt.

Wenn der wiedergezündete elektrische Bogen 42 zwischen dem bogenfesten Teil 26 und dem Schirm 22 hervorgerufen wird, ändern sich die Äquipotentiallinien P1 und die Vektoren sofort in Äquipotentiallinien P2 und Vektoren, von denen einer bei der Darstellung gemäß Fig. 5 mit dem Bezugszeichen E2 bezeichnet ist. Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 sind das bogenfeste Teil 26 und der Schirm 40 auf der beweglichen Seite und der Schirm 22 auf der stationären Seite durch den wiedergezündeten Bogen 42 überbrückt und haben momentan im wesentlichen gleiches Potential.Es wird nun angenommen, daß Z^ eine Spannungsstoßimpedanz einer nicht dargestellten, mit dem Tragteil 14 verbundenen Sammelschiene ist, während R den Widerstandswert des hohlen Zylinderteiles 20 angibt und eine Potentialdifferenz zwischen den stationären und bewegliehen Anordnungen 2,0 p.u. ausmacht. Unter den angenommenen Bedingungen kann die Potentialdifferenz Vp durch nachstehend Gleichung (1) unmittelbar nach dem Auftreten des wiedergezündeten Bogens ausgedrückt werden:

Vt-, = 0 Π ν

Z + R

Vp = 2,0 χ in p.u. (1).

Somit läßt sich das Potential des Tragteiles 14 durch die nachstehende Gleichung (2) ausdrücken:

1 - Vp = in p.u. (2).

Die Sammelschiene hat eine viel kleinere Spannungsstoßimpedanz Z_ als der Widerstandswert R des hohlen Zylinderteiles 20 aus elektrischem Widerstandsmaterial ausmacht, wie es bei der Anordnung gemäß Fig. 1 vorgesehen ist, um den Spannüngsstoß zu unterdrücken. Somit ergibt sich aus den beiden Gleichungen (1) und (2), daß unmittelbar nach der elektrische Bogen 42 bei der Anordnung gemäß Fig. 4 wieder gezündet hat, das Potential am Schirm"24 gegenüber dem am Tragteil 14 in seiner Polarität umgekehrt wird. Es darf darauf hingewiesen werden, daß der Vektor E2 in Fig. 2 einen sehr hohen Wert im Vergleich zum Vektor E1 gemäß Fig. 4 besitzt.

Aus dem Vergleich von Fig. 4 mit Fig. 5 ergibt sich ohne weiteres, daß beim Trennschalter, der das hohle Widerstandselement oder Zylinderteil 20 außerhalb des stationären Hauptkontaktteiles 16 gemäß Fig. 1 aufweist, sich das in der Nähe dieses Zylinderteiles 20 ausgebildete elektrische Feld abrupt nach dem erneuten Zünden des elektrischen Bogens ändert,und zwar im Vergleich zu dem Feld vor dem erneuten Zünden des elektrischen Bogens, was zu einem raschen Anstieg der Feldstärke des elektrischen Feldes vom Schirm 22 oder vom Tragteil 14 zum Gehäuse 10 führt. Infolgedessen hat der Trennschalter ^° seine elektrische Isoliereigenschaft gegenüber Erde verloren, die seine primäre Funktion ist. Somit kann ein Erdkurzschlußfehler sich mit hoher Wahrscheinlichkeit entwickeln.

Um die elektrische Feldstärke gemäß Fig. 5 zu verringern, hat man bereits an eine Anordnung gemäß Fig. 6 gedacht, bei der gleiche Bezugszeichen auch gleiche Bauteile wie bei der Anordnung nach Fig. 1 bezeichnen. Die dargestellte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. nur dadurch, daß in Fig. 6 eine zylindrische Abedeckung 22a von dem Ende des Schirmes 22 herabhängt, das mit dem hohlen Zylinderteil 20 verbunden ist, um ungefähr die Hälfte des Zylinderteiles 20 mit einem Zwischenraum

zwischen ihnen zu überdecken. Die Abdeckung 22a dient zur Verringerung des elektrischen Feldes E2 gemäß Fig.5, aber sie war insofern abzulehnen, als eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke E3 an Ihrem Ende mit einem entsprechenden elektrischen Feld auftritt, das mit Äquipotentiallinien P3 angedeutet ist. Um diesen Beanstandungen zu begegnen, kann man den Krümmungsradius der Abdeckung 22a größer machen. Diese Vergrößerung des Krümmungsradius hat eine Erhöhung des Innendurchmessers des Gehäuses hervorgerufen, da es erforderlich ist, einen elektrischen Isolierabstand gegenüber Erde zu gewährleisten. Somit ist die Anordnung gemäß Fig. 6 wirtschaftlich nachteilig.

In Fig. 7 ist eine Ausführungsform des Trennschalters gemäß der Erfindung dargestellt. Die gezeigte Anordnung weist ein Gehäuse 100 in Form eines hohlen metallischen Zylinders, der an einem Ende, in diesem Falle am linken Ende bei der Darstellung gemäß Fig. 7 offen ausgebildet und mit einem elektrisch isolierenden Deckel 102 verschlossen ist, ein elektrisch leitendes Teil 104 als Tragteil, das zentral verläuft und sich abgedichtet durch den elektrisch isolierenden Deckel 102 hindurch erstreckt, sowie einen elektrisch leitenden Schirm 106 in Form eines Hohlzylinders auf, der innerhalb des Gehäuses 100 angeordnet und koaxial zu dessen Längsachse ausgebildet ist. Der Schirm 106 besteht aus einem Teil, in diesem Falle einem linken Teil,das am linken Ende bei der Darstellung gemäß Fig. 7 mit dem elektrisch leitenden Teil 104 verbunden ist, und einem anderen Teil, das am linken Ende bei der Darstellung gemäß Fig. 7 mit einem radial nach innen gerichteten Flansch am rechten Ende des linken Teiles befestigt ist und das am anderen oder rechten Endteil in einen Halbrinq oder ein toroidförmiges Teil mit einer gebogenen oder gekrümmten Oberfläche übergeht, die im Abstand vom Hauptkörper des " Schirmes 106 vorsteht und eine kreisförmige Öffnung 106a bildet.

Ein elektrisch leitendes Teil 108 in Form eines Streifens ist mit dem Flansch des Schirmes 106 elektrisch verbunden, wobei seine beiden Enden mit dem Flansch verbunden sind (vgl. Fig. 8). Das elektrisch leitende Teil 108 verläuft senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 100 und ist im mittleren Bereich mit einem elektrisch leitenden Federgehäuse 110 in Form eines Hohlzylinders verbunden, der sich in der Längsachse des Gehäuses 100 erstreckt und das Ende im. Abstand vom elektrisch leitenden Teil 108, in diesem Falle das linke Ende gemäß Fig. 7_/umfaßt, das einspringend oder hinterschnitten ausgebildet ist. Das Federgehäuse 110 ist an seinem linken Ende mit einem elektrisch leitenden Streifen 112 verbunden, der parallel zu dem elektrisch leitenden Teil 108 verläuft, jedoch in der Draufsicht senkrecht zu diesem ausgerichtet ist. Außerdem ist ein Paar von Widerständen 114 an den beiden Enden des elektrisch leitenden Streifens 112 angeordnet, die parallel zur Längsachse des Gehäuses 100 verlaufen (vgl. Fig. 7 und 8) Jeder dieser Widerstände 114 besteht aus einem Stapel von übereinander angeordneten Widerstandselementen 114a in Form von Scheiben, die eine elektrisch isolierende Stange 114b besitzen, welche sich durch sie hindurch erstreckt und die Widerstandselemente 114a miteinander zu einer einstückigen Anordnung mit einer metallischen Scheibe am Ende verbindet. Das Paar von Widerständen ist über ein Paar von metallischen Tragstangen 114c mit einer toroidförmigen oder ringförmigen Elektrode 116 verbunden, die innerhalb der öffnung des Schirmes 106

³^ angeordnet ist, so daß sie sich im wesentlichen auf gleicher Höhe wie das einspringende oder gefaltete Umfangsende des Schirmes befindet. Die Elektrode 116 wird nachstehend auch als "Widerstandselektrode" bezeichnet.

^p Das elektrisch leitende Teil 108 ist an seiner vom Federgehäuse 110 abgelegenen Oberfläche mit einem hochgezogenen Teil in Form eines festen Zylinders und einer Vielzahl von elektrisch leitenden Streifen 118 versehen,

die radial in gleichen Winkelabständen um das hochgezogene Teil des elektrisch leitenden Teiles 108 angeordnet sind, wobei ihre Enden an letzterem befestigt sind. Somit bildet die Vielzahl von Streifen 118 ein stationäres Hauptkontaktteil, das mit dem elektrisch leitenden Teil 108 verbunden ist. Das stationäre Hauptkontaktteil ist ebenfalls mit dem Bezugszeichen 118 bezeichnet.

Außerdem erstreckt sich eine elektrisch leitende Tragstange 120 beweglich durch die mittleren Bereiche des elektrisch leitenden Teiles 108 und des Federgehäuses 110, so daß sie in der Längsachse des Gehäuses 100 liegt, und ist an ihrem rechten Ende bei der Darstellung gemäß Fig. 7 mit einem stationären Bogenkontaktteil 122 in Form eines Kugelsegmentes versehen, der aus bogenwiderstandsfähigem oder bogenfestern Material besteht. Das stationäre Bogenkontaktteil 122 ist mit dem Schirm 106 über die Tragstange 120, das Federgehäuse 110 und das elektrisch leitende Teil 108 elektrisch verbunden.

Außerdem ist eine Schraubenfeder oder Wendelfeder 124 innerhalb des Federgehäuses 110 zwischen seinem linken Ende und einer mit der Tragstange 120 verbundenen Federhalterung angeordnet, um zu versuchen, das stationäre Bogenkontaktteil 122 normalerweise in Richtung der Öffnung 106a des Schirmes 106 zu drücken. In der in Fig. 11 dargestellten offenen Stellung liegt die Federhalterung gegen das elektrisch leitende Teil 108 an, um das stationäre Bogenkontaktteil 122 etwas oberhalb des freien Endes des stationären Hauptkontaktteiles 118 und im wesentlichen in der Ebene anzuordnen, die von der kreisförmigen 106a des Schirmes 106 gebildet wird.

Wie in Fig. 7 dargestellt, ist ein elektrisch leitender Schirm 120a in der rechten Hälfte des Gehäuses 100 bei der Darstellung gemäß Fig. 7 angeordnet, der mit seinem unteren Ende mit einem elektrisch leitenden Teil 122a verbunden ist, das sich zentral und abgedichtet durch

einen elektrisch isolierenden Deckel 124a hindurcherstreckt, der die seitliche Öffnung des Gehäuses hermetisch abschließt. Der Schirm 12Oa besteht aus einem Paar von Schirmteilen, die über ein Paar von radial nach innen gerichteten Flanschen verbunden sind, die an ihren benachbarten Enden angeordnet sind, senkrecht zur Längsachse 100 verlaufen und aneinander befestigt sind. Der Schirm 120a ist mit einem Paar von gegenüberliegenden Öffnungen konzentrisch zur Längsachse des Gehäuses versehen. Außerdem' ist ein Zylinder 126 aus elektrisch leitendem Material mit den miteinander verbundenen Flanschen des Schirmes 12Oa über einen radial nach außen verlaufenden Flansch verbunden und'besitzt einen Kolben 128, der verschiebbar im Zylinder 126 angeordnet ist/ so daß er koaxial zur Längsachse des Gehäuses 100 verläuft. Der Kolben 128 besteht aus elektrisch leitendem Material und ist mit einem beweglichen Hauptkontaktteil 130 verbunden, das sich längs der Längsachse des Gehäuses 100 zum stationären Hauptkontaktteil 118 erstreckt und ein bewegliches Bo'genköntäktteil 132 in Form eines Ringes besitzt, der an seinem Ende angeordnet ist. Das bewegliche Hauptkontaktteil 130 besitzt eine Strömungsführung 13Ga, die mit dem Innenraum des

Zylinders 126 in Verbindung steht. 25

Der Kolben 128 ist mit einer Betätigungsstange 134 aus elektrisch isolierendem Material verbunden, die sich längs der Längsachse des Gehäuses 100 erstreckt, so daß sie entfernt von diesem angeordnet ist, und ist ^QU dann an eine nicht dargestellte Antriebsquelle angeschlossen, und zwar über ein Gestänge 136, das in einem Antriebsabteil am anderen Ende des Gehäuses 100 angeordnet ist, so daß es mit dem Innenraum in Verbindung steht. Auch das Gehäuse 100 ist mit einem Lichtbogen-Löschgas, z. B. gasförmigem Schwefelhexafluorid oder SF₆ gefüllt.

Wie in den Fig. 7 und 10 dargestellt, ist das bewegliche Hauptkontaktteil 130 so angeordnet, daß es mit dem stationären Hauptkontaktteil 118 unter Bildung eines Paares von Hauptkontakten 138 in Eingriff steht (vgl.

Fig. 9), während das bewegliche Bogenkontaktteil 132 so angeordnet ist, daß es mit dem stationären Bogenkontaktteil 122 unter Bildung eines Paares von Bogenkontakten 140 in Eingriff kommt (vgl. Fig. 9). Das Paar von Bogenkontakten 140 ist so angeordnet, daß es in seine offene IQ Stellung gebracht wird, nachdem das Paar von Hauptkontakten 138 voneinander getrennt worden ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 7 wird nachstehend näher erläutert. In Fig. 7 ist das bewegliche Bogenkontaktteil 132 dargestellt, wie es am ringförmigen Ende mit dem stationären Bogenkontaktteil 122 und an seinem Teil am Umfang, an das bewegliche Kontaktteil 130 angrenzend, mit der Innenseite des stationären Hauptkontaktteiles 118 in Eingriff steht, wobei die Wendelfeder 124 in ihren komprimierten Zustand gebracht ist. Wenn ein Schleifenstrom in der oben beschriebenen Weise mit der Anordnung gemäß Fig. 7 unterbrochen wird, wird die elektrisch isolierende Stange 134 bei der Darstellung gemäß Fig. 7 durch die Betätigung des Gestänges 136 nach rechts bewegt, um das bewegliche Hauptkontaktteil 130 mit dem stationären Hauptkontaktteil 118 außer Eingriff zu bringen. Dies führt zu einer nach rechts gerichteten Bewegung des stationären Hauptkontaktteiles 118 durch die Wirkung der Wendelfeder 124.

Somit nehmen die beweglichen und stationären Hauptkontaktteile 118 bzw. 130 ihre Positionen gemäß Fig. ein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Druck innerhalb des Zylinders 126 verringert, um eine Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse 100 und dem Zylinder 126 hervorzurufen.

Während der nach rechts gerichteten Bewegung de-s beweglichen Hauptkontaktteiles 130 wird die Trennung des

beweglichen Bogenkontaktteiles 132 vom stationären Bogenkontaktteil 122 ausgelöst, so daß der Schleifenstrom einen elektrischen Bogen 142 zwischen den Kontaktteilen 122 und 132 schlägt, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Dieser elektrische Bogen 142 kann durch die Verwendung eines Gasstromes aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse 100 und dem Zylinder 126 gelöscht werden.

Das bewegliche Hauptkontaktteil 1.30 setzt seine nach rechts gerichtete Bewegung fort. Da eine Wiederkehrspannung, die beim Unterbrechen des Schleifenstromes erzeugt wird, normalerweise in der Größenordnung von einigen hundert Volt liegt, erfolgt kein Wiederzünden des elektrischen Bogens nach der Unterbrechung des Schleifenstromes, und das bewegliche Bogenkontaktteil 132 erreicht schließlich seine in Fi-g. 12 dargestellte Position, die zu einer Beendigung des Unterbrechungsvorganges führt.

Fig. 13 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung des Zustandes, in dem der Schleifenstrom unterbrochen wird. Die dargestellte Anorndung ist mit dem Trennschalter versehen, der durch eine Parallelschlatung von Sromwegen dargestellt ist, nämlich einen Stromweg, der das bewegliehe Hauptkontaktteil 122, das stationäre Hauptkontaktteil 118 und einen Spalt zwischen den beiden Kontaktteilen 122 und 118 aufweist; einen Stromweg, der das bewegliche Bogenkontaktteil 132, das stationäre Bogenkontaktteil 122, den zwischen-den beiden Kontaktteilen 132 und 122 geschlagenen Bogen 142 sowie das elektrisch leitende Teil 108 aufweist; und einen Stromweg, der das bewegliche Bogenkontaktteil 132, die Elektrode 116, eine Gasstrecke zwischen dem beweglichen Bogenkontaktteil 132 und der Elektrode 116, die Widerstandselektrode 114 mit einem Widerstandswert R sowie das Federgehäuse 110 aufweist. Die Parallelschaltung ist an einem Ende mit dem elektrisch leitenden Teil 122 und am anderen Ende mit dem elektrisch leitenden Teil 104 über

den Schirm 106 verbunden. Außerdem ist das elektrisch leitende Teil 122 mit dem elektrisch leitenden Teil 104 über einen Stromweg verbunden, über den der Schleifenstrom i_ vom elektrisch leitenden Teil 122 zum elektrisch leitenden Teil 104 fließt.

Aus Fig. 13 ergibt sich, daß beim Unterbrechen des Schleifenstromes der Stromweg allein über die beiden Bogenkontaktteile 122 und 132 geht.

Anschließend wird das Öffnen einer elektrischen Leitung unter Nicht-Belastung beschrieben. Die Betätigung des Trennschalters selbst ist selbstverständlich bei der Unterbrechung des Schleifenstromes und dem öffnen einer nicht-belasteten Leitung identisch, aber die Phänomene, die sich bei Trennen der beweglichen Kontaktteilen von den stationären Kontaktteilen entwickeln,sind verschieden,

Wie oben erläutert,wird die elektrisch isolierende Betätigungsstange 134 nach rechts bewegt, um zuerst das bewegliche Hauptkontaktteil 130 mit dem stationären Hauptkontaktteil 118 außer Eingriff zu bringen und dann das bewegliche Bogenkontaktteil 132 mit dem stationären Bogenkontaktteil 122 außer Eingriff zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt entwickelt sich eine Potentialdifferenz zwischen den Bogenkontaktteilen 122 und 132, da eine nicht dargestellte, zugeordnete elektrische Quelle mit einer üblichen Frequenz variiert. Infolgedessen wird ein elektrischer Bogen wieder zwischen diesen Kontaktteilen 122 und 132 gezündet.

Der wiedergezündete elektrische Bogen bewirkt einen Spannungsstoß, der im allgemeinen einen extrem großen Amplitudenwert hat, der einen Wert vom 1,7- bis 1,9-fachen ausmacht. Ein derariger Spannungsstoß ist im allgemeinen proportional zu einer Potentialdiffernz zwischen den Kontaktteilen beim Wiederzünden des elektrischen Bogens. Die Potentialdifferenz ist außer-

dem proportional zu einem Abstand zwischen den Kontaktteilen. Somit wird ein Spannungsstoß, der durch das Einsetzen eines Widerstandes unterdrückt werden muß, darauf beschränkt, was in einer Position hervorgerufen wird, wo das bewegliche Hauptkontaktteil 130 mit einem bestimmten Abstand vom stationären Bogenkontaktteil entfernt ist. Dieser Abstand hängt von der Art der Einrichtung ab und ist nicht kleiner als ungefähr ein Viertel bis etwa ein Drittel des maximalen Abstandes, IQ um den das bewegliche Hauptkontaktteil 130 vom stationären Bogenkontaktteil 122 in der vollständig geöffneten Position getrennt werden kann.

Dementsprechend ist es nicht erforderlich, einen Spannungsstoß aufgrund eines elektrischen Bogens, der wieder zwischen dem beweglichen Hauptkontaktteil 130 und dem stationären Bogenkontaktteil 122 gezündet hat, durch das Einsetzen eines Widerstandes zu unterdrücken. Wenn das bewegliche Hauptkontaktteil 130 seine Position gemäß Fig. 14 erreicht, wobei diese Position einen Abstand von dem stationären Bogenkontaktteil 122 besitzt, der etwa gleich einem Drittel bis der Hälfte des oben angebenen Maximalabstandes ist, wird ein elektrischer Bogen 144 wieder zwischen dem beweglichen Bogenkontaktteil 132 und der Widerstandselektrode 116 gezündet. Der wiedergezündete elektrische Bo^en 144 kann eine Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktteil 132 und der Widerstandselektrode 116 hervorrufen, die einen Betrag bis zu 2 p.u. erreichen kann, wobei dieser Wert gleich dem doppelten Spitzenwert einer normalen Spannung gegenüber Erde ist. Somit ist ein Spannungsstoß aufgrund dieses wiedergezündeten Bogens extrem groß. Dementsprechend ist es erforderlich, in Reihenschaltung einen Widerstand in die Schaltung mit dem Trennschalter einzubauen, um den Spannungsstoß zu unterdrücken.

Das stationäre Bogenkontaktteil 122 befindet sich jedoch innerhalb des Schirmes 106 entfernt von der Ebene der öffnung

106a im Vergleich zu der ringförmigen Widerstandselektrode 116, und es bildet sich ein Spalt zwischen der Öffnung 106a des Schirmes 106 und der Widerstandselektrode 116- Unter diesen Umständen können sämtliche elektrisehen Bogen wieder zwischen dem beweglichen Bogenkontaktteil 132 und der Widerstandselektrode 116 zünden. Außerdem kann sich aufgrund des Spaltes zwischen der öffnung 106a und der Widerstandselektrode 116 der wiedergezündete elektrische Bogen innerhalb eines Bereiches bewegen, der auf den Oberflächenbereich der Widerstandselektrode 116 begrenzt ist, der dem beweglichen Bogenkontaktteil 132 ohne den Bogenschirm dem Schirm 106 gegenüberliegt. Das bedeutet, daß der wiedergezündete elektrische Bogen kaum eine Potentialverteilung stören kann, die sich in der Nähe des Schirmes 106 und des Schirmes 120 a ausgebildet hat. Somit kann sich der wiedergezündete elektrische Bogen nur mit einer äußerst kleinen Möglichkeit zu einem Erdkurzschlußfehler entwickeln.

Fig. 15 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung des Zustandes des elektrischen Bogens, der beim Öffnen der nicht belasteten Leitung gemäß Fig. 14 wiedergezündet hat. Die Anordnung unterscheidet sich von der gemäß Fig. 13 nur dadurch, daß in Fig. 15 der elektrische Bogen 144 zwischen dem beweglichen Bogenkontaktteil 132 und der Widerstandselektrode 116 wiedergezündet hat, ohne daß der elektrische Bogen 142 zwischen den Bogenkontaktteilen 132 und 122 wiedergezündet hat

und daß der Stromweg zur direkten Verbindung der elektrisch leitenden Teile 122 und 1o4 weggelassen ist. Aus Fig. 15 ergibt sich, daß dann, wenn sich das bewegliche Hauptkontaktteil 132 in seiner Position gemäß Fig. 14 befindet, der Widerstand 114 einen schädlichen Spannungsstoß unterdrückt, der sich zwischen den elektrisch leitenden Teilen 104 und 122 entwickelt. Dies deswegen, weil sämtliche Spannungsstöße aufgrund des wiedergezündeten elektrischen Bogens durch den Widerstand 114 hindurchgehen.

. Zu diesem Zeitpunkt bildet sich die Potentialdifferenz Vp, die sich mit der obigen Gleichung (1) ausdrücken läßt, über dem jeweiligen Widerstand 114 aus. Somit sind geeignete elektrisch isolierende Abstände erforderlich, die zwischen der Widerstandselektrode 116 und dem Schirm 106 sowie zwischen der jeweiligen Tragstange 114c und dem elektrisch leitenden Teil 108 vorzusehen s ind.

Die Potentialdifferenz Vp bildet sich jedoch über jedem Widerstand bei dem Prozeß des Energieverbrauchs des Spannungsstoßes aus. Nimmt man an, daß die elektrische Isolierung in einem Raum durchbricht, der sich zwischen dem Schirm 106 und dem einen Ende von einem der Widerstände 114 befindet/ so sind die Spannungen über den Widerständen 114 nur einander gleich, aber eine Potentialverteilung zwischen dem Schirm und dem Gehäuse 100 wird nicht geändert. Somit behält der erfindungsgemäße Trennschalter die elektrische Isoliereigenschaft gegenüber Erde, die seine primäre Funktion darstellt und nicht unterdrückt wird.

Nachdem das bewegliche Hauptkontaktteil 130 in einen elektrisch isolierenden Abstand gebracht worden ist, <j_er i_n ausreichendem Maße eine Potentialdifferenz von beispielsweise 2 p.u. aushalten kann, die sich zwischen den Kontaktteilen 118 und 130 ausbildet, tritt der wiedergezündete elektrische Bogen auf. Danach wird das bewegliche Hauptkontaktteil 130 weiter bewegt und in seine vollständig geöffnete Position gebracht, wie es in Fig. 12 dargestellt ist.

Aus den obigen Darlegungen ergibt sich, daß gemäß der Erfindung eine Anordnung angegeben wird, die eine unabhängig innerhalb eines Schirmes angeordneteWiderstandselektrode und einen im Inneren des Schirmes angeordneten Widerstand aufweist. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird verhindert, daß die elektrische Isoliereigenschaft

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gegenüber Erde bei einer Unterbrechung unterdrückt wird. Wenn außerdem die Widerstandselektrode aus einem bogenwiderstandsfähigen oder bogenfesten Metall besteht, z. B. aus einer Kupfer-Wolfram-Legierung oder Kohlenstoff, so werden Beschädigungen bei ihr unterdrückt und die beweglichen Kontaktteile werden hinsichtlich ihrer Spannungsfestigkeit verbessert.

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Claims

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Patentansprüche

1 .) Trennschalter, bei dem ein Strom durch ein Paar von Hauptkontakten (118/ 130) im Anschluß an die Unterbrechung des Stromes auf ein Paar von Bogenkontakten (122, 132) und einen anschließenden Widerstand (114) kommutiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitender Schirm (106) vorgesehen ist, der eine kreisförmige Öffnung (1O6a) aufweist, daß ein bewegliches Kontaktteil (130), das eines der jeweiligen Paare von Haupt- und Bogenkontakten (138, 140) bildet, durch die kreisförmige Öffnung (1O6a) in den Schirm (106) einsetzbar ist, daß das bewegliche Kontaktteil (130) Kontaktbereiche besitzt, die mit den anderen der jeweiligen Paare von Haupt- und Bogenkontakten (138, 140) in

Eingriff bringbar sind, daß die Kontaktbereiche sich in dem Schirm (106) befinden, wenn die Paare von Haupt- und Bogenkontakten (138, 140) in ihre Schließstellung gebracht werden, daß eine Widerstandselektrode (116) in Form eines Toroids oder Ringes zwischen einem Teil des die kreisförmige Öffnung (106a) bildenden Schirmes (106) und dem beweglichen Kontaktteil (122) angeordnet ist, daß die ringförmige Elektrode (116) eine gekrümmte Oberfläche besitzt, die

IQ außerhalb über die Öffnung (106a) vorsteht, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß beim Trennen der Paare von Bogenkontakten Π 22, 132) voneinander das Paar von Bogenkontakten (122, 132) parallel zu einer Reihenschaltung aus der Widerstandselektrode (116) und einem Spalt zwischen dem beweglichen Kontaktteil (132) und der Widerstandselektrode (116) geschaltet ist.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselektrode (116) mit einer Vielzahl von Tragstangen (114c) gehaltert ist, die mit dem Widerstand (114) elektrisch verbunden sind.