DE3311022C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Trennschalter, mit einem festen Hauptkontakt und einem beweglichen Hauptkontakt, mit einem dem festen Hauptkontakt zugeordneten ersten Bogenkontakt und einem fest mit dem beweglichen Hauptkontakt verbundenen zweiten Bogenkontakt, mit einer über einen Widerstand mit dem festen Hauptkontakt verbundenen Widerstandselektrode und mit einem elektrisch leitenden Schirm, der eine kreisförmige Öffnung aufweist, hinter welcher der feste Hauptkontakt und der eine Bogenkontakt angeordnet sind.

Bei Unterstationen findet sich der Trennschalter normalerweise in der Nähe eines zugeordneten Leistungsschalters und wird üblicherweise verwendet, um (1) eine vom Leistungsschalter getrennte Leitung zu öffnen und zu schließen, und (2) Übertragungssysteme zu schalten. Im ersten Falle (1) dient der Trennschalter zum Öffnen und Schließen einer unbelasteten elektrischen Leitung, und es ist bekannt, daß sich das Nachzünden eines elektrischen Lichtbogens zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Kontaktstücken des Trennschalters wiederholt, so daß sogenannte Spannungsstoßspitzen erzeugt werden. Dies deswegen, weil der Trennschalter im Vergleich zum Leistungsschalter 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 Sammelschienen miteinander zu verbinden. Wenn beispielsweise ein Paar von Sammelschienen mit einer gemeinsamen Leitung über entsprechende Trennschalter verbunden ist, so führt der Vorgang des Schalters von einer Sammelschiene zur anderen zur Unterbrechung des sogenannten Schleifenstromes, der annähernd einem durch eine Schaltung einschließlich des Paares von Trennschaltern fließenden Nennstrom entspricht, indem man die gute Unterbrechungseigenschaft verwendet, die Schwefelhexafluorid (SF₆) besitzt. Dies ist hinreichend bekannt.

Weiterhin sind sowohl die Fähigkeit, eine unbelastete Leitung 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.

Ein Trennschalter der eingangs genannten Art ist aus der CH-PS 4 00 294 bekannt, hat jedoch im Betrieb einige Nachteile, die beispielsweise darin bestehen, daß im Augenblick des Trennens der Hauptkontakte zunächst ein Lichtbogen zwischen diesen beiden Hauptkontakten entstehen wird. Erst danach wird sich ein Lichtbogen zwischen dem einen Bogenkontakt und dem beweglichen Hauptkontakt ausbilden, der erst durch die Zuführung des Löschgases im weiteren Verlauf des Öffnens entsteht und dann wieder gelöscht wird. Außerdem ist bei dem dort beschriebenen Trennschalter eine zusätzliche Widerstandselektrode in Form eines quer zu den Hauptkontakten beweglichen Stiftes vorgesehen, wobei die Widerstandselektrode über ihren Widerstand beim Ausschalten zur Bildung eines Hilfslichtbogens dient. Diese Widerstandselektrode erfordert jedoch eine zusätzliche komplizierte Druckkolbenanordnung für ihre Betätigung.

Ein weiterer herkömmlicher Trennschalter mit einem Widerstand zur Unterdrückung von Spannungsstößen beim Öffnen und Schließen ist beispielsweise in der JP-OS 95 276/1978 beschrieben. Dabei weist der Trennschalter ein mit Schwefelhexafluorid- (SF₆) Gas gefülltes Gehäuse, ein ausgedehntes, elektrisch leitendes Tragteil, das durch ein Ende des Gehäuses abgedichtet ist, sowie einen stationären Hauptkontakt und einen stationären Bogenkontakt auf, die koaxial am Tragteil angeordnet sind. Außerdem ist ein hohler zylindrischer Widerstand am Tragteil angeordnet, der den stationären Hauptkontakt umgibt und ein freies Endteil besitzt, welches an einem Metallschirm in Form eines Halbtoroids endet, der sich oberhalb des stationären Hauptkontaktes befindet und den stationären Bogenkontakt umgibt. Ein bewegliches Kontaktstück in Form eines Hohlzylinders ist so angeordnet, daß es den stationären Haupt- und Bogenkontakten gegenüberliegt und mit diesen in trennbaren Eingriff kommt, wobei eines seiner Enden trennbar und sandwichartig zwischen ihnen angeordnet ist.

Beim Trennen des beweglichen Kontaktteiles von den stationären Haupt- und Bogenkontakten wird eine Vielzahl von wiedergezündeten elektrischen Bogen intermittierend zwischen dem Schirm und dem Ende des beweglichen Kontaktes hervorgerufen, die zum Auftreten von hohen Spannungsstoßspitzen führen, welche mit dem hohlen zylindrischen Widerstand reduziert werden. Dies gilt für den Fall des Eingriffs vom beweglichen Kontakt mit den stationären Haupt- und Bogenkontakten. Außerdem führt der wiedergezündete Lichtbogen zu Beschädigungen des Schirmes.

Ferner wird ein in der Nähe des zylindrischen Widerstandes ausgebildetes elektrisches Feld abrupt geändert, und zwar unmittelbar nach dem Auftreten eines wiedergezündeten elektrischen Lichtbogens im Vergleich zu dem ausgebildeten Feld vor dem Auftreten des wiedergezündeten Lichtbogens. Dies führt zu einer raschen Zunahme der Feldstärke des elektrischen Feldes, die vom Schirm oder Tragteil zum Gehäuse gerichtet ist. Dabei kann sich der rasche Anstieg der Feldstärke des elektrischen Feldes mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Erdschluß weiterentwickeln.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Trennschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der mit einfachen Mitteln eine gute Funktionstüchtigkeit besitzt und bei dem Beschädigungen durch den Lichtbogen, insbesondere beim Wiederzünden weitgehend vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, einen Trennschalter der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß in geschlossenem Zustand des Schalters das Paar von Bogenkontakten miteinander in Berührung steht, daß der dem festen Hauptkontakt zugeordnete Bogenkontakt in Richtung auf den beweglichen Hauptkontakt längs einer vorgegebenen Strecke bewegbar und in dieser Richtung durch eine Federanordnung vorgespannt ist, wobei die vorgegebene Strecke so bemessen ist, daß beim Öffnen des Schalters zuerst die Hauptkontakte und dann die Bogenkontakte öffnen, daß der elektrisch leitende Schirm als geschlossene Kapsel ausgebildet ist, die den festen Hauptkontakt vollständig umgibt, und daß die Widerstandselektrode ringförmig ausgebildet und im wesentlichen konzentrisch zur ringförmigen Öffnung sowie im Abstand zwischen dem Schirm und dem beweglichen Bogenkontakt angeordnet ist und eine aus der Öffnung hervorstehende Oberfläche aufweist, so daß die Bogenkontakte im Moment des Trennens voneinander parallel zu einer Reihenschaltung aus Widerstand und einem Spalt zwischen der Widerstandselektrode und dem mit dem beweglichen Hauptkontakt verbundenen Bogenkontakt geschaltet sind.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Trennschalters ist vorgesehen, daß die Widerstandselektrode in Form eines Toroids ausgebildet und über Tragstangen elektrisch mit dem Widerstand verbunden ist.

Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn der dem festen Hauptkontakt zugeordnete Bogenkontakt kugelförmig ausgebildet und koaxial gegen den ringförmigen Bogenkontakt des beweglichen Hauptkontaktes andrückbar ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Trennschalters ist vorgesehen, daß der dem festen Hauptkontakt zugeordnete Bogenkontakt eine verschiebbar gelagerte Tragstange aufweist, die mit einer Druckfeder in Richtung des gegenüberliegenden Bogenkontakts vorgespannt ist.

Bei dieser Ausführungsform erweist es sich als zweckmäßig, wenn dem festen Hauptkontakt ein Federgehäuse zugeordnet ist, das die Druckfeder aufnimmt und in dem die Tragstange über eine vorgegebene Strecke bewegbar ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Trennschalters ist vorgesehen, daß der bewegliche Hauptkontakt von einem fest angeordneten Schirm umgeben ist, der ein Paar von gegenüberliegenden Öffnungen konzentrisch zum Gehäuse des Trennschalters aufweist und der elektrisch mit dem beweglichen Hauptkontakt verbunden ist.

Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß gemäß der Erfindung ein Trennschalter angegeben wird, der eine unabhängig innerhalb des Schirmes angeordnete Widerstandselektrode und einen im Inneren des Schirmes angeordneten Widerstand aufweist. Beim erfindungsgemäßen Trennschalter wird verhindert, daß die elektrische Isoliereigenschaft gegenüber Erde bei einer Unterbrechung verschlechtert wird. Wenn außerdem die Widerstandselektrode aus einem lichtbogenwiderstandsfähigen oder -festen Material besteht, zum Beispiel aus einer Kupfer-Wolfram-Legierung oder Kohlenstoff, so werden Beschädigungen bei ihr unterdrückt und die beweglichen Kontaktstücke haben eine bessere Spannungsfestigkeit.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform des Trennschalters in seiner Schließstellung, wobei einige Teile in Seitenansicht dargestellt sind;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der stationären Kontaktseite des Trennschalters gemäß Fig. 1, teilweise mit Wegbrechungen;

Fig. 3 einen Teillängsschnitt eines Teiles des Trennschalters gemäß Fig. 1, wobei Teile in Seitenansicht dargestellt sind;

Fig. 4 bis 6 der Fig. 3 ähnliche Darstellungen zur Erläuterung der aufeinanderfolgenden Stellungen des beweglichen Kontaktes relativ zum festen Kontakt, nachdem bei dem Trennschalter gemäß Fig. 1 der Öffnungsvorgang eingeleitet worden ist, bis die vollständig offene Stellung erreicht ist;

Fig. 7 ein Ersatzschaltbild des Trennschalters gemäß Fig. 1 bei Unterbrechung eines Schleifenstromes;

Fig. 8 eine den Fig. 5 oder 6 ähnliche Darstellung zur Erläuterung der Stellung des beweglichen Kontaktes relativ zu den festen Kontaktstücken kurz vor der vollständig geöffneten Stellung; und in

Fig. 9 ein Ersatzschaltbild des Trennschalters gemäß Fig. 1 beim Öffnen einer unbelasteten elektrischen Leitung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des Trennschalters gemäß der Erfindung dargestellt. Der gezeigte Trennschalter 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. 1 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. 1 mit dem elektrisch leitenden Teil 104 verbunden ist, und einem anderen Teil, das am linken Ende bei der Darstellung gemäß Fig. 1 mit einem radial nach innen gerichteten Flansch am rechten Ende des linken Teiles befestigt ist und das am anderen oder rechten Endteil in einen Halbring oder ein toroidförmiges Teil mit einer gebogenen oder gekrümmten Oberfläche übergeht, die im Abstand vom Hauptkörper des Schirmes 106 vorsteht und eine kreisförmige Öffnung 106 a 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. 2). 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. 1, 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. 1 und 2). Jeder dieser Widerstände 114 besteht aus einem Stapel von übereinander angeordneten Widerstandselementen 114 a in Form von Scheiben, die eine elektrisch isolierende Stange 114 b besitzen, welche sich durch sie hindurch erstreckt und die Widerstandselemente 114 a miteinander zu einer einstückigen Anordnung mit einer metallischen Scheibe am Ende verbindet. Das Paar von Widerständen 114 ist über ein Paar von metallischen Tragstangen 114 c mit einer toroidförmigen oder ringförmigen Widerstandselektrode 116 verbunden, die innerhalb der Öffnung des Schirmes 106 angeordnet ist, so daß sie sich im wesentlichen auf gleicher Höhe wie das einspringende oder gefaltete Umfangsende des Schirmes 106 befindet.

Das elektrisch leitende Teil 108 ist an seiner vom Federgehäuse 110 abgelegenen Oberfläche mit einem hochgezogenen Bereich in Form eines festen Zylinders und einer Vielzahl von elektrisch leitenden Kontaktfingern versehen, die radial in gleichen Winkelabständen um den hochgezogenen Bereich des elektrisch leitenden Teiles 108 angeordnet und mit ihren Enden an diesem befestigt sind. Somit bildet die Vielzahl von Kontaktfingern einen stationären Hauptkontakt 118, der mit dem elektrisch leitenden Teil 108 verbunden ist.

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. 1 mit einem stationären Bogenkontakt 122 in Form eines Kugelsegmentes versehen, das aus lichtbogenwiderstandsfähigem oder -festem Material besteht. Der stationäre Bogenkontakt 122 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, den stationären Bogenkontakt 122 normalerweise in Richtung der Öffnung 106 a des Schirmes 106 zu drücken. In der in Fig. 5 dargestellten offenen Stellung liegt die Federhalterung gegen das elektrisch leitende Teil 108 an, um den stationären Bogenkontakt 122 etwas oberhalb des freien Endes des stationären Hauptkontaktes 118 und im wesentlichen in der Ebene anzuordnen, die von der kreisförmigen Öffnung 106 a des Schirmes 106 gebildet wird.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein elektrisch leitender Schirm 120 a in der rechten Hälfte des Gehäuses 100 bei der Darstellung gemäß Fig. 1 angeordnet, der mit seinem unteren Ende mit einem elektrisch leitenden Teil 122 a verbunden ist, das sich zentral und abgedichtet durch einen elektrisch isolierenden Deckel 124 a hindurcherstreckt, der die seitliche Öffnung des Gehäuses hermetisch abschließt. Der Schirm 120 a 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 des Gehäuses 100 verlaufen und aneinander befestigt sind.

Der Schirm 120 a ist mit einem Paar von gegenüberliegenden Öffnungen konzentrisch zur Längsachse des Gehäuses 100 versehen. Außerdem ist ein Zylinder 126 aus elektrisch leitendem Material mit den miteinander verbundenen Flanschen des Schirmes 120 a 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 Hauptkontakt 130 verbunden, der sich längs der Längsachse des Gehäuses 100 zum stationären Hauptkontakt 118 erstreckt und einen beweglichen Bogenkontakt 132 in Form eines Ringes besitzt, der an seinem Ende angeordnet ist. Der bewegliche Hauptkontakt 130 besitzt eine Strömungsführung 130 a, die mit dem Innenraum des Zylinders 126 in Verbindung steht.

Der Kolben 128 ist mit einer Betätigungsstange 134 aus elektrisch isolierendem Material verbunden, die sich in der Längsachse des Gehäuses 100 erstreckt, so daß sie entfernt von diesem angeordnet ist, und ist 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 (SF₆) gefüllt.

Wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt, ist der bewegliche Hauptkontakt 130 so angeordnet, daß er mit dem stationären Hauptkontakt 118 unter Bildung eines Paares von Hauptkontakten 138 in Eingriff steht (vgl. Fig. 3), während der bewegliche Bogenkontakt 132 so angeordnet ist, daß er mit dem stationären Bogenkontakt 122 unter Bildung eines Paares von Bogenkontakten 140 in Eingriff kommt (vgl. Fig. 3). Das Paar von Bogenkontakten 140 ist so angeordnet, daß es in seine offene Stellung gebracht wird, nachdem das Paar von Hauptkontakten 138 voneinander getrennt worden ist.

Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 wird nachstehend näher erläutert. In Fig. 1 ist der bewegliche Bogenkontakt 132 dargestellt, wie er am ringförmigen Ende mit dem festen Bogenkontakt 122 und an seinem Bereich am Umfang, an den beweglichen Hauptkontakt 130 angrenzend, mit der Innenseite des festen Hauptkontaktes 118 in Eingriff steht, wobei die Schraubenfeder 124 in ihren komprimierten Zustand gebracht ist. Wenn ein Schleifenstrom in der oben beschriebenen Weise mit dem Trennschalter gemäß Fig. 1 unterbrochen wird, wird die elektrisch isolierende Stange 134 bei der Darstellung gemäß Fig. 1 durch die Betätigung des Gestänges 136 nach rechts bewegt, um den beweglichen Hauptkontakt 130 mit dem festen Hauptkontakt 118 außer Eingriff zu bringen. Dies führt zu einer nach rechts gerichteten Bewegung des festen Hauptkontaktes 118 durch die Wirkung der Schraubenfeder 124. Somit nehmen die beweglichen und festen Hauptkontakte 118 bzw. 130 ihre Positionen gemäß Fig. 4 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 des beweglichen Hauptkontaktes 130 wird die Trennung des beweglichen Bogenkontaktes 132 vom festen Bogenkontakt 122 ausgelöst, so daß der Schleifenstrom einen elektrischen Lichtbogen 142 zwischen den Kontakten 122 und 132 schlägt, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Dieser elektrische Lichtbogen 142 kann durch die Verwendung eines Gasstromes aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse 100 und dem Zylinder 126 gelöscht werden.

Der bewegliche Hauptkontakt 130 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 Lichtbogens nach der Unterbrechung des Schleifenstromes, und der bewegliche Bogenkontakt 132 erreicht schließlich seine in Fig. 6 dargestellte Position, die zu einer Beendigung des Unterbrechungsvorganges führt.

Fig. 7 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung des Zustandes, in dem der Schleifenstrom unterbrochen wird. Die dargestellte Anordnung ist mit dem Trennschalter versehen, der durch eine Parallelschaltung von Stromwegen dargestellt ist, nämlich einen Stromweg, der den beweglichen Hauptkontakt 122, den festen Hauptkontakt 118 und einen Spalt zwischen den beiden Hauptkontakten 122 und 118 aufweist; einen Stromweg, der den beweglichen Bogenkontakt 132, den festen Bogenkontakt 122, den zwischen den beiden Bogenkontakten 132 und 122 geschlagenen Lichtbogen 142 sowie das elektrisch leitende Teil 108 aufweist; und einen Stromweg, der den beweglichen Bogenkontakt 132, die Widerstandselektrode 116, eine Gasstrecke zwischen dem beweglichen Bogenkontakt 132 und der Widerstandselektrode 116, den Widerstand 114 mit einem Widerstandswert R sowie das Federgehäuse 110 aufweist. Die Parallelschaltung ist an einem Ende mit dem elektrisch leitenden Bogenkontakt 122 und am anderen Ende mit dem elektrisch leitenden Teil 104 über den Schirm 106 verbunden. Außerdem ist der elektrisch leitende Bogenkontakt 122 mit dem elektrisch leitenden Teil 104 über einen Stromweg verbunden, über den der Schleifenstrom i vom elektrisch leitenden Bogenkontakt 122 zum elektrisch leitenden Teil 104 fließt.

Aus Fig. 7 ergibt sich, daß beim Unterbrechen des Schleifenstromes der Stromweg allein über die beiden Bogenkontakte 122 und 132 geht.

Anschließend wird das Öffnen einer unbelasteten elektrischen Leitung beschrieben. Die Betätigung des Trennschalters selbst ist selbstverständlich bei der Unterbrechung des Schleifenstromes und dem Öffnen einer unbelasteten Leitung identisch, aber die Phänomene, die sich beim Trennen der beweglichen Kontakte von den festen Kontakten entwickeln, sind verschieden.

Wie oben erläutert, wird die elektrisch isolierende Betätigungsstange 134 nach rechts bewegt, um zuerst den beweglichen Hauptkontakt 130 mit dem festen Hauptkontakt 118 außer Eingriff zu bringen und dann den beweglichen Bogenkontakt 132 mit dem festen Bogenkontakt 122 außer Eingriff zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt entwickelt sich eine Potentialdifferenz zwischen den Bogenkontakten 122 und 132, da eine nicht dargestellte, der elektrischen Leitung zugeordnete elektrische Spannungsquelle mit einer üblichen Frequenz schwingt. Infolgedessen wird ein elektrischer Lichtbogen wieder zwischen diesen Bogenkontakten 122 und 132 gezündet.

Der wiedergezündete elektrische Lichtbogen bewirkt einen Spannungsstoß, der im allgemeinen einen extrem großen Amplitudenwert hat, der einen Wert vom 1,7- bis 1,9fachen ausmacht. Ein derartiger Spannungsstoß ist im allgemeinen proportional zu einer Potentialdifferenz zwischen den Kontakten beim Wiederzünden des elektrischen Lichtbogens. Die Potentialdifferenz ist außerdem proportional zu einem Abstand zwischen den Kontaktstücken. Somit wird ein Spannungsstoß, der durch das Einsetzen eines Widerstandes unterdrückt werden muß, darauf beschränkt, was in einer Position hervorgerufen wird, wo der bewegliche Hauptkontakt 130 mit einem bestimmten Abstand vom festen Bogenkontakt 122 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, um den der bewegliche Hauptkontakt 130 vom festen Bogenkontakt 122 in der vollständig geöffneten Position getrennt werden kann.

Dementsprechend ist es nicht erforderlich, einen Spannungsstoß aufgrund eines elektrischen Lichtbogens, der wieder zwischen dem beweglichen Hauptkontakt 130 und dem festen Bogenkontakt 122 gezündet hat, durch das Einsetzen eines Widerstandes zu unterdrücken. Wenn der bewegliche Hauptkontakt 130 seine Position gemäß Fig. 8 erreicht, wobei diese Position einen Abstand von dem festen Bogenkontakt 122 besitzt, der etwa gleich einem Drittel bis der Hälfte des oben angegebenen Maximalabstandes ist, wird ein elektrischer Lichtbogen 144 wieder zwischen dem beweglichen Bogenkontakt 132 und der Widerstandselektrode 116 gezündet. Der wiedergezündete elektrische Lichtbogen 144 kann eine Potentialdifferenz zwischen dem Bogenkontakt 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 Lichtbogens extrem groß. Dementsprechend ist es erforderlich, in Reihenschaltung einen Widerstand in die Schaltung mit dem Trennschalter einzubauen, um den Spannungsstoß zu unterdrücken.

Der feste Bogenkontakt 122 befindet sich jedoch innerhalb des Schirmes 106 entfernt von der Ebene der Öffnung 106 a im Vergleich zu der ringförmigen Widerstandselektrode 116, und es bildet sich ein Spalt zwischen der Öffnung 106 a des Schirmes 106 und der Widerstandselektrode 116. Unter diesen Umständen können sämtliche elektrischen Lichtbogen wieder zwischen dem beweglichen Bogenkontakt 132 und der Widerstandselektrode 116 zünden. Außerdem kann sich aufgrund des Spaltes zwischen der Öffnung 106 a und der Widerstandselektrode 116 der wiedergezündete elektrische Lichtbogen innerhalb eines Bereiches bewegen, der auf den Oberflächenbereich der Widerstandselektrode 116 begrenzt ist, der dem beweglichen Bogenkontakt 132 ohne den Bogenschirm dem Schirm 106 gegenüberliegt. Das bedeutet, daß der wiedergezündete elektrische Lichtbogen kaum eine Potentialverteilung stören kann, die sich in der Nähe des Schirmes 106 und des Schirmes 120 a ausgebildet hat. Somit hat der wiedergezündete elektrische Lichtbogen nur eine äußerst kleine Möglichkeit, sich zu einem Erdkurzschlußfehler zu entwickeln.

Fig. 9 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung des Zustandes des elektrischen Lichtbogens, der beim Öffnen der unbelasteten Leitung gemäß Fig. 8 wiedergezündet hat. Die Anordnung unterscheidet sich von der gemäß Fig. 7 nur dadurch, daß in Fig. 9 der elektrische Lichtbogen 144 zwischen dem beweglichen Bogenkontakt 132 und der Widerstandselektrode 116 wiedergezündet hat, ohne daß der elektrische Lichtbogen 142 zwischen den Bogenkontakten 132 und 122 wiedergezündet hat, und daß der Stromweg zur direkten Verbindung des Bogenkontaktes 122 und des elektrisch leitenden Teiles 104 weggelassen ist.

Aus Fig. 9 ergibt sich, daß dann, wenn sich der bewegliche Hauptkontakt 132 in seiner Position gemäß Fig. 8 befindet, der Widerstand 114 einen schädlichen Spannungsstoß unterdrückt, der sich zwischen dem elektrisch leitenden Teil 104 und dem Bogenkontakt 122 entwickelt. Dies deswegen, weil sämtliche Spannungsstöße aufgrund des wiedergezündeten elektrischen Lichtbogens durch den Widerstand 114 hindurchgehen.

Zu diesem Zeitpunkt bildet sich die Potentialdifferenz Vp, die sich mit der nachstehenden Gleichung

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 114 c und dem elektrisch leitenden Teil 108 vorzusehen sind.

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 106 und dem Gehäuse 100 wird nicht geändert. Somit behält der Trennschalter die elektrische Isoliereigenschaft gegenüber Erde, die seine primäre Funktion darstellt und nicht unterdrückt wird.

Nachdem der bewegliche Hauptkontakt 130 in einen elektrisch isolierenden Abstand gebracht worden ist, der in ausreichendem Maße eine Potentialdifferenz von beispielsweise 2 p.u. aushalten kann, die sich zwischen den Kontakten 118 und 130 ausbildet, tritt der wiedergezündete elektrische Lichtbogen auf. Danach wird der bewegliche Hauptkontakt 130 weiter bewegt und in seine vollständig geöffnete Position gebracht, wie es in Fig. 6 dargestellt ist.

Claims (6)

1. Trennschalter, mit einem festen Hauptkontakt (118) und einem beweglichen Hauptkontakt (130),
mit einem dem festen Hauptkontakt (118) zugeordneten ersten Bogenkontakt (122) und einem fest mit dem beweglichen Hauptkontakt (130) verbundenen zweiten Bogenkontakt (132),
mit einer über einen Widerstand (114) mit dem festen Hauptkontakt (118) verbundenen Widerstandselektrode (116), und mit einem elektrisch leitenden Schirm (106), der eine kreisförmige Öffnung (106 a) aufweist, hinter welcher der feste Hauptkontakt (118) und der eine Bogenkontakt (122) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in geschlossenem Zustand des Schalters das Paar von Bogenkontakten (122, 132) miteinander in Berührung steht, daß der dem festen Hauptkontakt (118) zugeordnete Bogenkontakt (122) in Richtung auf den beweglichen Hauptkontakt (130) längs einer vorgegebenen Strecke bewegbar und in dieser Richtung durch eine Federanorndung (110, 124) vorgespannt ist, wobei die vorgegebene Strecke so bemessen ist, daß beim Öffnen des Schalters zuerst die Hauptkontakte (118, 130) und dann die Bogenkontakte (122, 132) öffnen,
daß der elektrisch leitende Schirm (106) als geschlossene Kapsel ausgebildet ist, die den festen Hauptkontakt (118) vollständig umgibt,
und daß die Widerstandselektrode (116) ringförmig ausgebildet und im wesentlichen konzentrisch zur ringförmigen Öffnung (106 a) sowie im Abstand zwischen dem Schirm (106) und dem beweglichen Bogenkontakt (122) angeordnet ist und eine aus der Öffnung (106 a) hervorstehende Oberfläche aufweist, so daß die Bogenkontakte (122, 132) im Moment des Trennens voneinander parallel zu einer Reihenschaltung aus Widerstand (114) und einem Spalt zwischen der Widerstandselektrode (116) und dem mit dem beweglichen Hauptkontakt (130) verbundenen Bogenkontakt (132) geschaltet sind.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselektrode (116) in Form eines Toroids ausgebildet und über Tragstangen (114 c) elektrisch mit dem Widerstand (114) verbunden ist.

3. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem festen Hauptkontakt (118) zugeordnete Bogenkontakt (122) kugelförmig ausgebildet und koaxial gegen den ringförmigen Bogenkontakt (132) des beweglichen Hauptkontaktes (130) andrückbar ist.

4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem festen Hauptkontakt (118) zugeordnete Bogenkontakt (122) eine verschiebbar gelagerte Tragstange (120) aufweist, die mit der Druckfeder (124) in Richtung des gegenüberliegenden Bogenkontakts (132) vorgespannt ist.

5. Trennschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem festen Hauptkontakt (118) ein Federgehäuse (110) zugeordnet ist, das die Druckfeder (124) aufnimmt und in dem die Tragstange (120) über eine vorgegebene Strecke bewegbar ist.

6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Hauptkontakt (130) von einem fest angeordneten Schirm (120 a) umgeben ist, der ein Paar von gegenüberliegenden Öffnungen konzentrisch zum Gehäuse (100) des Trennschalters aufweist und der elektrisch mit dem beweglichen Hauptkontakt (130) verbunden ist.