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Hochspannungs-Leistungss chalter
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Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung mit einem feststehenden
und einem längs einer Schaltstückachse beweglichen Schaltstück, bei der das feststehende
Schaltstück ein in der Einschaltstellung unter der Wirkung eines ersten geladenen
Energiespeichers stehendes, bewegliches Kontaktteil aufweist, welches dem beweglichen
Schalt stück im Zuge der Ausschaltbewegung nachläuft und vor Beginn der Elnschaltbewegung
zumindest teilweise wieder zurückläuft.
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Eine derartige Kontaktanordnung ist etwa aus der DE-OS 3 030 367 bekannt.
Bei dieser Kontaktanordnung werden durch die Verwendung eines dem beweglichen Schaltstück
während des ersten Teils des Ausschaltvorganges nachlaufenden Kontaktteils sowie
eine das Kontaktteil nach Trennung der Schaltstücke entgegen der Bewegungsrichtung
des beweglichen Scfialtstückes beschleunigenden Federantriebs hohe Trenngeschwindigkeiten
der Schaltstücke und damit eine kurze Schaltweit ohne Verwendung einer Klinkvorrichtung
erreicht.
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Hierbei führt jedoch das rücklaufende Kontaktteil wegen des verwendeten
Feder-Masse-Systems Schwingungen aus, die zu unerwünschten Schaltstücknäherungen
führen können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung die gattungsgemässe Kontakte anordnung
derart weiterzubilden, dass nach der Schaltstücktrennung unerwünschte Kontaktnäherungen
vermielen werden und gleichzeitig der Laufweg des nachlauüenden Kontaktteils in
weiten Grenzen eingestellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnenden Teil von Patentanspruch
1 angegobenen Merkmale gelöst. Die erfin dungsgernässe Kontaktanordnung zeichnet
sich dadurch als dass sie Laufwege des nachlaufenden Kontaktteils von nahezu beliebiger
Läge ermöglicht, ohne auf verschleissanfällige Teile, wie Klinkvorrichtungen oder
Reibungsschluss zurückgreifen zu müssen. Besonders bewährt hat sich die erfindungsgemässe
Kontaktanordnung in der Hilfsschaltstelle eines Hochspannungs-Leistungsschalters
mit einer Haupt-und einer parallel dazu geschalteten Hilfsschaltstelle, und einem
in Serie zur Hilfs- urd Hauptschaltstelle geschalteten Wiaerstand, bei dem die mit
feststehenden Schalt stücken zusammenwirkenden beweglichen Schalt stücke von Haupt-
und Hilfsschaltstelle von einem gemeinsamen Antrieb betätigbar sind, weil dann die
erfindungsgemässe Kontaktanordnung wegen des nahezu beliebig einstellbaren Laufwegs
des nachlaufenden Kontaktteils es ermöglicht, den Widerstand sowohl beim Ein- als
auch beim Ausschalten ein zusetzen.
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Vorteilhafte Weitergestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in
den Unteransprüchen angegeben.
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Ein bevorzugtes Aus führungsb eis Fiel des Erfindungsgc'gen standes
ist nachfolgend in vereinfachter Form in der Zeichnung wiedergegeben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Kontaktanordnung,
welche in der linken
Hälfte im Einschaltzustand und in der rechten
Hälfte während des Ausschaltens vorm Oeffnen ihrer Kontakte dargestellt ist, Fig.
2 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Kontaktanordnung gemäss Figur 1, welcher
in der linken Hälfte unmittelbar vorm Oeffnen und in der rechten Hälfte unmittelbar
nach dem Schliessen ihrer Kontakte dargestellt ist, und Fig. 3 den zeitlichen Verlauf
der Wege der Kontakte der erfindungsgemässen Kontakt anordnung gemss den Figuren
1 und 2 sowie des beweglichen Kontaktes eines Hochspannungs-Leistungsschalters,
dessen Schaltste-lle der erfindungsgemässen Kontaktanordnung paralleigeschaltet
ist, wobei die erfindungsgemässe Kontaktanordnung zum Ein- und Ausschalten eines
Widerstandes vorgesehen ist, und die beweglichen Kontakte von Leistungsschalter
und erfindungsgemässer Kontaktanordnung vom gleichen Antrieb betätigt werden.
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In allen Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. ei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Kontaktanordnung ist ein bewegliches
Schaltstrick mit dem Bexugszeichen 1. und ein feststehendes mit dem Bezugszeichen
2 versehen.
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Das bewegliche Schaltstück 1 ist mit einer Isolierstoffdüse 3 verbunden.
Die Isolierstoffdüse 3 schirmt das bewegliche Schaltstück 4 gegenüber dem Potential
eines feststchion Kontakteils 4 des feststehenden Schaltstückes 2 stand begrant
zusammen mit dem beweglichen Schaltstück 1 einen ringförmigen Kanal 5, durch welchen
bei einer Schaltbewegung
über eine vom beweglichen Schaltstück
1 angetriebene Kompressionsvorrichtung gegebenenfalls Isoliergas, wie etwa SF6,
nach Freigabe der Oeffnung der isolierstoffdüse 3 durch ein am feststchenden Schaltstück
2 angebrachtes und in Richtung der Schaltstückachse bewegliches Kontaktteil 6 zur
Beblasung eines Schaltlichtbogens ausströmen kann. Das bewegliche Schaltstück 1
ist mi.t einem nicht dargestellten Antrieb gekoppelt, welcher das bewegliche Schaltstück
1 in Pfeilrichtung bewegt, d . h. beim Einschalten nach unten (Position 1 in Fig.
2) und beim Ausschalten nach oben (Position IV in Fig. 1 und Position III in Fig.
2). Mit II ist die Position der Kontaktanordnung im Einschaltzustand bezeichnet.
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Das feststehende Kontaktteil 4 weist einen eine Schraubenfeder 7 enthaltenden
Energiespeicher 8 auf', sowie einen einen gasgefüllten Kompressionsraum 9 umschliessenden
Energiespeicher 10 und einen eine Schraubenleder 11 verwendenden Energiespeicher
12.
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Die Energiespeicher 8 und 10 enthalten jeweils einen Teil eines in
das feststehende Kontaktteil eingefügten Zylinders 13. In diesem Zylinder 13 ist
ein in Richtung der Schaltstückachse verschiebbarer Kolben 14 vorgesehen, welcher
mittels eines Dichtungsringes 15 den Kompressionsraum 9 nach unten abdichtet. Auf
der unteren Fläche des Kolbens 14 stützt sich die im Zylinder 13 geführte Schraubenfeder
7 des Energiespeichers 8 ab. Der Kompressionsraum 9 ist nach oben durch einen im
Inneren des feststehenden Kontaktteils 4 angebrachten Anschlag 16, ein Rückschlagventil
17 sowie einen als Hülse 18 ausgebildeten Kolben aus elektrisch leitfähigem Material
in dichtender Weise begrenzt. Die Hülse 18 stützt sich mit ihrem unteren Ende in
der in der linken Hälfte von Fig. 1 dargestellten Ein-
schaltstellung
(Position II) der Kontaktanordnung auf der oberen Fläche des Kolbens 114 ab und
ist in einem im mittleren Teil des feststehenden Kontaktteils 4 eirgefügtem Zylinder
19 dichtend geführt; die Hülse 18 weist am unteren Ende eine in den Figuren nicht
bezeichnete Oeffnung auf, über die der im Kompressionsraum 9 gebildete Druck auf
die untere Kolbenfläche der Hülse 18 wirken kann. Das Volumen des Kompressionsraums
9 ist durch Verschieben des Kolbens 14 und der Hülse 18 veränderbar. Entsprechend
ist auch der Druck des eingeschlossenen Gases, welches etwa Luft oder ein anderes
Isoliergas wie SF6 sein kann, veränderbar, so dass etwa durch Bewegung des Kolbens
14 nach oben der Gasdruck im Kompressionsraum 9 erhöht werden kann.
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Das bewegliche Kontaktteil 6 befindet sich im Inneren der Hülse 18
und ist mit dieser etwa durch Verschrauben an deren Kolbenfläche fest verbunden.
Zwischen Zylinder 19 und Hülse 18 sind ringförmige. Kontaktlamellen 20 vorgesehen,
über welche Strom vom beweglichen Schaltstück 1, das bewegliche Kontaktteil 6 und
die Hülse 18 zum Zylinder 19 und damit zum feststehenden Kontaktteil 4 geführt werden
kann.
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In der Wand des Zylinders 19 ist eine Oeffnung 21 vorgesehen, welche
im Einschaltzustand (Position II) verschlossen ist und im Zuge der Ausschaltbewegung
freigegeben wird, spätestens, sobald der durch eine nach oben gerichtete Bewegung
der Hülse 18 aufgeladene Energiespeicher 12 aufgeladen 1st (Position LII in Fig.
2).
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Der Energiespeicher 1,' ist an dem dem beweglichen Schaltstück 1 zugewandten
Ende des feststehenden Kontaktteils 4 angeordnet. Das eststehende Nontaktteil 4
weist in seinem Inneren eine Abstützung 22 und einen Anschlag 23 auf, zwischen denen
die mit ihrem einer Ende auf einer ringförmigen Scheibe 24 abgestützte Schraubenfeder
11 gelagert ist. Die Scheibe 24 it verschieblich angeordnet und fluchtet mit
dem
oberen Ende der Hülse 18. Zwischen Abstützung 2 und Anschlag 23 ist ein weiterer
Anschlag 25 im Inneren des Kontaktt eils 4 angeordnet, durch welchen die Verschiebung
der Scheibe 214 nach oben begrenzt wird Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen
Kontaktanordnung ist nun wie folgt: Beim Ausschalten der in der linken Hälfte von
Figur 1 dargestellten Kontaktanordnung wird das bewegliche Schaltstück 1 durch den
nicht dargestellten Antrieb nach oben gezogen und hierbei die in der rechten Hälfte
von Figur 1 dargestellte Position IV durchlaufen. Bei dieser Bewegung folgt das
Kontaktteil 6 dem beweglichen Schalt stück 1 nach. Angetrieben wird das Kontaktteil
6 hierbei von der Schraubenfeder 7 des im Einschaltzustand aufgeladenen Energiespeichers
8. Die Kraftübertragung von der Schraubenfeder 7 auf das bewegliche Kontaktteil
6 wird durch den von der Schraubenfeder 7 angetriebenen Kolben 14 sowie durch die
auf dem Kolben 14 abgestützte Hülse 18 bewirkt.
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Durch die nach oben gerichtete Bewegung des Kolbens 14 wird-das im
Kompressionsraum 9 befindliche Gas verdichtet, da das Rückschlagventil 17 geschlossen
ist und die als Tauchkolben in den Zylinder 19 einge?ührte Hülse 18 einen kleineren(beispielsweise
halb so grossen) Durchmesser als der Kolben 14 hat. Schlägt daher der Kolben 14
an den Anschlag 16 an, so werden die Hülse 18 und damit auch das Kontaktteil 6 unter
der Wirkung des im Kompressionsraum 9 verdichteten Gases dem nach oben bewegten
Schaltstück 1 weiter nachfolgen.
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Sobald sich die Hülse 18 - allein durch die pneumatische Kraft des
Energiespeichers 10 angetrieben - mit ihrem unteren Ende vom Kolben 14 entfernt
hat, schlägt das obere
Ende der Hülse 18 am Ring 24 an und schiebt
den Ring 24 nach oben. Der Ring 24 drückt die Schraubenfeder 11 zusammon. Schliesslich
schlägt der Ring 24 arn Anschlag 25 an und beendet die Bewegung der Hülse 18 und
damit das Nachlaufen des Kontaktteils 6. Der Energiespeicher 12 ist nun aufgeladen.
Im Kompressionsvolumen 9 befindliches verdichtetes Gas kann nun durch die Oeffnung
21 nach aussen entweichen, kann aber auch bei Ausgestaltung des beweglichen Kontaktteils
6 als hohler Düsenkontakt zur Beblasung eines nach Trennung der Schaltstücke 1 und
2 zwischen dem Schaltstück 1 und dem Kontaktteil 6 gezogenen Lichtbogens verwendet
werden. Zur Lichtbogenbeblasung kann darüber hinaus aber auch in einer nicht dargestellten
Kompressionsvorrichtung verdichtetes und aus dem ringförminen Kanal 5 austretendes
Isoliergas verwendet werden In der linken Hälfte von Fig. 2 ist der Zustand dargestellt,
in dem sich die Kontaktanordnung befindet, wenn das Nachlauten des Kontaktteils
6 beendet ist und der Energiespeicher 10 durch Ablassen des verdichteten Gases aus
dem Kompressionsraum entladen wird (Position III).
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Ist nun der Kompressionsraum 9 nahezu druckfrei, so werden Hülse 18
und damit das Kontaktteil 6 durch die Feder 11 des aufgeladenen Energiespeichers
12 so weit zurückgeschoben, bis das untere Ende der Hülse 18 auf dem Kolben 14 aufliegt.
Die Schaltstücke 1, 2 weisen dann einen grossen Abstand zueirlander auf. Das feststehende
Schaltstich P weist dann die aus der rechten Hälfte von Fig. 2 ersichtliche Position
auf> welche erst dann aufgegeben wird, wenn im Zuge die Einschaltbewegung das
bewegliche Schaltstück 1 das Kontaktteil 6 berührt (Position T in @@@ @@ und nachrolgend
wieder nach unten schiebt.
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Anhand der Fig. 3 wird nachfolgend die Wirkungsweise der
erfindungsgemässen
Kontaktanordnung erläntert, wenn sie in einer Hilfsschaltstelle eines Hochspannungs-Leistungsschalters
mit einer Haupt- und einer parallel dazu geschalteten Hilfsschaltstelle verwendet
wird; but einem solchen Leistungsschalter ist in Serie zur Hilfs- und parallel zur
Hauptschaltstelle ein Widerstand geschaltet und sind die mit feststehenden Schaltstücken
zusammenwirkenden beweglichen Schalt stücke von Haupt- und Hilfsschaltstelle von
einem gemeinsamen Antrieb betätigbar. Die beweglichen Schaltstücke von Haupt- und-
Hilfsschaltstelle sind beispielsweise - wie etwa aus der DE-OS 2 91414 563 bekannt
ist - über eine gemeinsame Welle miteinander kraftschlüssig verbunden.
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Aus Fig. 3 ist nun ersichtlich, wie die Schaltstücke vori Haupt- und
Hilfsschaltstelle bei.m Ein- und Ausschalten zusammenwirken. In dieser Figur sind
dur Weg des beweglichen Schaltstückes der leistungsschalçenden Hauptschaltstelle
mit SL und die Wege des beweglichen Schaltstückes 1 mit SW und des beweglichen Kontaktteils
6 des feststehenden Schaltstückes 2 der als Hilfsschaltstelle verwendeten erfindungsgemässen
Kontaktanordnung mit SN bezeichnet.
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t bezeichnet die Zeit.
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Beim Einschalten bewegen sich die beweglichen-Schaltstücke von Haupt-
und Hilfsschaltstelle auf die entsprechenden feststehenden Schalt stücke zu. Die
Wege SL und SW der beweglichen Schaltstücke verringern sich, der Weg SN des Kontaktteils
6 bleibt zunächst unverändert. Zum Zeitpunkt tI kontaktiert das bewegliche Schaltstück
1 der Hilfsschaltstelle das Kontaktteil 6 (Position I). Die in der Hilfsschaltstelle
vorgeschene erfindungsgemässe Kontaktanordnung weist nun d2e in der rechten Hälfte
von Fig. 2 dargestellte Stellung auf. Der Widerstand ist eingeschaltet,
die
Schaltstücke der Hauptschaltstelle sind noch gedffnet und schliessen erst nach einer
Zeitspanne #tVE, welche typischerweise bei etwa 12 ms liegt, zum Zeitpunkt tE. In
der Zeitspanne #tVE werden die Einschaltspannungen gedämpft. Ab dem Zeitpunkt tI
verringert sich nun auch der Weg des Kontaktteils 6 (strichpunktierte Linie) und
schliesslich wird die Position II erreicht (-Einschaltstellung gemäss der linken
Hälfte von Fig. 1).
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Beim Ausschalten entfernen sich die beweglichen Schaltstücke von Hauptschaltstelle
und Hilfsschaltstelle von den entsprechenden feststehenden Schaltstücken. Die Wege
SL und SW der beweglichen Schalt stücke vergrössern sich, das Kontaktteil 6 läuft
dem beweglichen Schaltstück 1 der Hilfsschaltstelle nach (SN = SW). Zum Zeitpunkt
tA öffnet die Hauptschaltstelle und kommutiert nun beim nächsten Nulldurchgang des
Stromes den abzuschaltenden Strom in den Widerstandskreis. Mittlerweile durchläuft
die im Widerstandskreis befindliche erfindungsgemässe Kontaktanordnung die Position
IV (vgl. auch die rechte Hälfte von Fig. 1) und öffnet schliesslich zum Zeitpunkt
tIII Die Zeitspanne #tVA zwischen den Zeitpunkten tIII und tA muss gross genug sein,
um ein sicheres Kommutieren des abzuschaltenden Stromes in den Widerstandskrels
zu ermöglichen.
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Pol einem 50 Hz-Wechselstrom liegt diese Zeitspanne typischerweise
etwa bei 15 ms. Diese Zeitspanne ist grösser als die beim Einschalten zur Dämpfung
der Einschaltspannungen erforderliche Zeitspanne #tVE und lässt sich mit der erfindungsgemässen
Kontaktanordnung problemlos einstellen, so dass dum Ein- und Ausschalten eines vom
Nennstrom durchflossenen Widerstandes lediglich eine einzige Schaltstelle notwendig
ist. Diese Vergrösserung der Zeitpanne #tVA ist umso bemerkenswerter, als beim Ausschal-
ten
die Geschwindigkeiten der beweglichen Schaltstücke von Haupt- und Hilfsschaltstellen
üblicherweise erhoblich grösser als beim Einschalten sind und somit bei gleichem
maximalen Weg 5N bei Ein- und Ausschalten #tVA erheblich kleiner wäre als #tVE.
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Im Zeitpunkt tIII ist die Position III erreicht (vgl. auch die linke
Hälfte von Fig. 2), in der der Energiespeicher 12 sich zu entladen beginnt und dcx
Kontaktteil 6 wi wieder zurückführt. Hierbei trennen sich die Schaltstücke der Hilfsschaltstelle
mit hoher Geschwindigkeit.
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L e e r s e i t e