DE529303C - Sicherheitseinrichtung fuer Hochvakuumschalter - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
11. JUU1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Ht 529303 KLASSE 21c GRUPPE

A57784 Vim/arc* Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 2. Juli

Allgemeine Elektncitäts-Gesellschaft in Berlin Sicherheitseinrichtung für Hochvakuumschalter Patentiert im Deutschen Reiche vom 12. Mai 1929 ab

ist in Anspruch, genommen.

In elektrischen Hochspannungsnetzen bietet die Verwendung von Hochvakuumschaltern erhebliche Vorteile gegenüber den üblichen Ölschaltern. Die Vakuumschalter sind nämlich billiger und einfacher im Aufbau und unterbrechen den Strom im Augenblick des Nulldurchganges, so daß praktisch keine Schaltüberspannungen entstehen können und ' der Energieverlust im Lichtbogen erheblich geringer ist als bei ölschaltern gleicher Leistung.

Indessen hängt die Leistungsfähigkeit eines Vakuumschalters in sehr hohem Maße von der Güte des in ihm vorhandenen Vakuums ab, und zwar macht schon eine geringere Verschlechterung des Vakuums den Schalter zur Unterbrechung von Strömen unbrauchbar. Außerdem läßt sich die Verschlechterung des Vakuums nicht so ohne weiteres feststellen, wie dies z. B. mit Ölverlusten bei Ölschaltern der Fall ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Sicherheitseinrichtung, durch welche die geschilderten Nachteile der Hochvakuumschalter beseitigt werden. Sie besteht darin, daß zwei oder mehr Hochvakuumschalter, von denen jeder mit einem vom Gasdruck beeinflußten Relais versehen ist, das bei Verschlechterung des Vakuums den Schalter unwirksam macht, derart in Reihe geschaltet sind, daß, wenn ein Schalter unwirksam gemacht wird, der zweite bzw. die übrigen zur Unterbrechung bzw. Schließung des Stromlireises dienen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Abb. 1 zeigt zwei Vakuumschalter 10 und 11, die in einem aus den Leitungen L¹ und L² gebildeten Hochspannungskreis in Reihe liegen. Es möge sich im vorliegenden Fall um ein Wechselstromnetz handeln, jedoch ist zu bemerken, daß die Anwendung der Erfindung natürlich nicht auf Schalteinrichtungen für Wechselstrom beschränkt ist. Jeder der· beiden Vakuumschalter besteht aus einem hochevakuierten und vakuumdicht verschlossenen Gehäuse 12, das z. B. aus Metall hergestellt ist und im Inneren die feststehenden Kontakte 13 enthält, die bei geschlossenem Schalter durch den beweglichen, in Form einer Rolle ausgebildeten Kontakt 14 miteinander leitend verbunden sind. Die festen Kontakte sind an Isolatoren 15 abgestützt und über Durchführungen 19 mit den äußeren Anschlußklemmen verbunden. Die Schaltbewegung für den Kontakt 14 wird in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Wellrohres 17 durch eine Schaltstange 16 von außen in das Innere des Vakuumgehäuses übertragen. Der Antriebsmechanismus der Schalter ist z. B. in einer bei Schnellschaltern üblichen Form ausge-

führt und besteht aus einem Gestänge, das den Anker 36 eines Haltemagneten 32 trägt und unter der Wirkung einer Ausschaltfeder 30 steht. Der Haltemagnet besitzt eine konstant erregte und über einen Betätigungsschalter 50 abschaltbare Haltewicklung 33 sowie eine Auslösewieklung 34, die von dem Strom in der zu unterbrechenden Leitung L¹ beeinflußt wird. Zum Schließen des Schalters dienen Einschaltmagnete 31, die durch Druckknöpfe 51 gesteuert werden.

Die beiden Auslösewicklungen°34 bzw. 34' der beiden Vakuumschalter 10 und 11 sind in Reihe geschaltet und werden normalerweise vom gleichen Strom durchflossen, so daß die beiden Vakuumschalter bei Überstrom gleichzeitig auslösen und den Hochspannungskreis an zwei hintereinandergelegenen Punkten unterbrechen. Die Auslösewicklungen werden von zwei Stromwandlern T¹ und T^z gespeist, die im Zuge der Hochspannungsleitung L¹ liegen. Die beiden Stromwandler besitzen entgegengesetzten Windungssinn und erhalten über einen Widerstand R^s eine Gleichstromvormagnetisierung, so daß beim Auftreten eines Überstromes ohne Rücksicht auf die gerade vorhandene Stromrichtung durch die Auslösewicklungen 34 und 34' ein Stromstoß hindurchgeschickt wird, der den Kraftlinienfluß aus den Ankern der Haltemagneten in den Luftspalt zwischen den Polen der Haltemagneten abdrängt, so daß die Vakuumschalter unter der Wirkung der Einschaltfedern 30 bzw. 30' in die Ausschaltstellung gehen.

Jeder der beiden Vakuumschalter 10 und 11 ist erfindungsgemäß mit einer Sicherheitseinrichtung versehen, die bei Verschlechterung des Vakuums den Schalter durch Kurzschließen der Auslösewieklung in der Einschaltstellung sperrt. Zu diesem Zweck besitzt der Schalter 10 eine Vakuummeßeinrichtung 40, die in ein Gehäuse 42 eingebaut ist, dessen Inneres mit dem Innern des Schaltergehäuses in Verbindung steht. Zur Messung des Vakuums kann beispielsweise ein Thermoelement dienen, jedoch sind auch andere an sich bekannte Ausführungen denkbar. Das im Inneren des Gehäuses angeordnete Thermoelement 43 wird durch einen in seiner Nähe angeordneten Heizdraht 41 geheizt. Der Heizdraht 41 wird von einem konstanten Strom durchflossen. Als Stromquelle kann z. B. ein vom Netz erregter Spannungswandler T^s dienen. Die in dem Heizdraht 41 erzeugte Wärme wird durch Strahlung und durch Übertragung an die in dem Gehäuse vorhandenen Gase abgegeben. Da bei hohem Vakuum nur sehr geringe Gasmengen vorhanden sind, so ist die normalerweise ' von dem Heizdraht 41 durch Konvektion abgegebene Wärmemenge vernachlässigbar klein. Wenn das Vakuum im Inneren des Schaltergehäuses infolge einer Undichtigkeit oder aus irgendeinem anderen Grunde sich verschlechtert, so nimmt der Konvektionsstrom zu und die Temperatur des Heizdrahtes 41 sinkt. Infolgedessen nimmt auch die Temperatur des Thermoelementes 43 ab, und die von diesem erzeugte Spannung geht zurück und bringt ein Relais 44 zum Ansprechen. Die Kontakte 45 des Relais 44 liegen parallel zu der Auslösewieklung 34 und sind offen, solange der von dem Thermoelement 43 erzeugte Strom einen bestimmten Wert nicht unterschreitet. Erst wenn das Vakuum im Schalter 10 sich verschlechtert und dadurch, wie oben erläutert, die Temperatur des Heizdrahtes 41 und damit auch des Thermoelementes 43 abnimmt, spricht das Relais 44 an und schließt über seinen Kontakt 45 die Auslösewieklung 34 kurz, so daß der Schalter 10 durch Überstrom nicht mehr zum Auslösen gebracht werden kann. . Die Einrichtung kann natürlich auch in anderer Weise ausgebildet sein, z. B. kann das Relais 44 auch den Stromkreis der Auslösewieklung öffnen, anstatt die- letztere kurzzuschließen. Der Vakuumschalter 11 ist mit einer gleichartig ausgebildeten Sicherheitseinrichtung versehen, die beim Ansprechen seine Auslösewieklung 34' kurzschließt.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Zum Schließen des Stromkreises sind zunächst die Haltewicklungen 33 und 33' durch Schließen der Schalter 50 und 50' an Spannung zu legen und hierauf die Einschaltmagneten 31 und 31' durch Schließen der Schalter 51 und 51' zu betätigen. Hierdurch werden die beweglichen Kontakte 14 bzw.' 14' mit den festen Kontakten 13 bzw. 13' in Berührung " gebracht und so der Stromkreis über' die beiden Schalter 10 und 11 geschlossen. Die Schalter werden in der Einschaltstellung durch die von dem Haltemagneten 32 bzw. 32' auf ihre Anker 36 bzw. 36' ausgeübte Zugkraft festgehalten. Wenn nun ein Überstrom in der Leitung auftritt, so wird über den Transformator T¹ bzw. T² ein Stromstoß entsprechender Größe durch die in Reihe no geschalteten Auslösewicklungen 34 und 34' geschickt und hierdurch die Öffnung der beiden Schalter bewirkt.

Tritt jedoch, während die Schalter geschlossen sind, in einem von beiden 'eine Verschlechterung des Vakuums ein, so spricht die Sicherheitseinrichtung 40 bzw. 40', wie oben erläutert, an und schließt vermittels des Relais 44 bzw. 44' die Auslösewieklung des betreffenden Schalters kurz, so daß beim Auftreten eines Überstromes die Auslösewieklung nicht erregt wird und der betreffende

Schalter eingeschaltet bleibt. In diesem Fall spricht der zweite Schalter allein an und ■ unterbricht den Stromkreis. Da es außerordentlich unwahrscheinlich ist, daß in beiden Vakuumschaltern gleichzeitig eine Verschlechterung des Vakuums eintritt, so wird stets einer der beiden Schalter betriebsfähig sein und den Stromkreis unterbrechen. Durch die Sperrung des nicht betriebsfähigen Schalters wird dagegen vermieden, daß er bei Verschlechterung seines Vakuums z. B. durch Stehenbleiben des Lichtbogens beschädigt werden könnte. Man kann die Betriebssicherheit auch noch dadurch erhöhen, daß man anstatt zweier Vakuumschalter deren drei oder mehr hintereinanderschaltet. Man kann auch durch die Einrichtung, die den Schalter bei Verschlechterung des Vakuums unwirksam macht, eine Signal- oder Alarmvorrichtung betätigen lassen, die das Bedienungspersonal auf den nicht vorschriftsmäßigen Zustand der Anlage aufmerksam macht.

Die beschriebene Einrichtung hat noch den weiteren Vorteil, daß beim Ausfall einesSchalters die Auslösestromstärke selbsttätig herabgesetzt wird. Da nämlich infolge der Vormagnetisierung der StromwandlerT¹ und T² mit Gleichstrom ihre Sekundärstromstärke nicht proportional der Primärstromstärke ist, sondern von dem Widerstand im Sekundärkreis abhängt, so wird durch das Kurzschließen einer der beiden in Reihe geschalteten Auslösewicklungen 34 bzw. 34' bei gleichem Primärstrom die Sekundärstromstärke erhöht, so daß die Auslösung des noch betriebsfähigen Schalters bei einer niedrigeren Stromstärke in der Leitung L¹ erfolgt. Dies ist sehr erwünscht, da ja bei diesem Betriebszustand die ganze Schaltleistung, für die normalerweise zwei Schalter zur Verfugung stehen, von einem einzigen Schalter aufgebracht werden muß.

In Abb. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hier besitzen die beiden im Zuge der Leitung L¹ liegenden Vakuumschalter 62 bzw. 62' z. B. Glasgehäuse und je einen feststehenden Kontakt 63 und einen beweglichen Kontakt 64. Die Kontaktträger sind in an sich bekannter Weise durch bewegliche Wellrohre 67 und 68 ■hochvakuumdicht nach außen geführt. Der Schaltmechanismus ist irx gleicher Weise ausgeführt wie bei den in Abb. 1 dargestellten Schaltern, so daß sich eine Erläuterung der Einzelheiten an dieser Stelle erübrigt. Die Auslösewicklungen 73 der beiden Schalter sind parallel geschaltet und werden über ein Relais 66 und einen im Zuge der Hochspannungsleitung liegenden Stromwandler 65 betätigt. Zu jedem Vakuumschalter liegt parallel ein Trennschalter 81, der in der Ausschaltstellung gesperrt ist und sich bei Auslösung der Sperrklinke 83 unter der Wirkung einer Feder 82 selbsttätig schließt. Ferner ist vor und hinter jedem der Vakuumschalter ein Trennschalter 74 und 75 angeordnet, die in der Einschaltstellung gesperrt sind und bei Auslösung der Sperrvorrichtungen 78 und 79 durch die Ausschaltfedern 76 und yj geöffnet werden. Die Trennschalter 74, 75 und 81 werden über Hilfskontakte 101, die mit dem Gestänge des Vakuumschalters in Verbindung stehen, durch eine Vakuummeßvorrichtung derart gesteuert, daß bei Verschlechterung des Vakuums der betreffende Vakuumschalter, wenn er geschlossen ist, durch den Trennschalter 81 überbrückt wird oder, wenn er offen ist, durch die Trennschalter 74, 75 von der Leitung abgetrennt wird.

Zu diesem Zweck besitzt jeder Vakuumschalter eine in einem angeschmolzenen Gehäuse 91 untergebrachte Vakuummeß vorrichtung, die in gleicher Weise, wie bei dem Ausführungsbeispiel der Abb.-i erläutert, aus einem mit konstantem Strom gespeisten Heizdraht 90 besteht, in dessen Nähe ein Thermoelement 92 angeordnet ist. Der Strom des Thermoelementes wirkt über einen Verstärker bzw. ein Zwischenrelais 94 auf ein Spiegelgalvanometer 95, das im normalen Betrieb 9° · den Strahl einer Lichtquelle 80 auf eine Selenzelle 96 wirft, die einen Zweig einer Widerstandsbrücke 98 bildet. Die Widerstandsbrücke ist so. bemessen, daß der Gleichgewichtszustand herrscht, wenn die Selenzelle belichtet ist, so daß im Normalbetrieb das an die Widerstandsbrücke angeschlossene Relais 97 nicht erregt ist. Über die Kontakte des Relais 97 sind die Stromkreise für die Betätigung der Trennschalter 75, 74 und 81 geführt. Ferner ist noch eine Signal- oder Alarmvorrichtung 102 vorgesehen, die gleichfalls durch das Relais 97 gesteuert wird. Die Einrichtung wirkt in der Weise, daß im Normalbetrieb die Trennschalter 75 und 74 geschlossen und der Trennschalter 81 offen ist. Das Thermoelement 92 besitzt eine bestimmte Temperatur, die durch die Temperatur des Heizfadens 90 gegeben ist und von dem Zustande des Vakuums im Vakuumschalter abhängt. Wenn das Vakuum die für den einwandfreien Betrieb des Vakuumschalters erforderliche Höhe besitzt, so ist der von dem Thermoelement 92 erzeugte Strom so groß, daß das Spiegelgalvanometergs den Lichtstrahl der Lichtquelle 80 auf die Selenzelle 96 wirft. Infolgedessen befindet sich die Widerstandsbrücke 98 im Gleichgewicht, das Relais 97 ist unerregt und hält seine Kontakte geöffnet.

Wenn nun das Vakuum sich verschlechtert, so sinkt durch die erhöhte Wärmeabgabe an

die im Gefäßinneren vorhandenen Gase die Temperatur des Heizfadens 90. Infolgedessen geht die ausgestrahlte Wärmezurück, die Temperatur des Thermoelementes 92 sinkt, und der Strom, der das Spiegelgalvanometer 95 durchfließt, nimmt ab. Dadurch wird der Lichtstrahl von der Selenzelle 96 abgelenkt, und da deren Widerstand sich bekanntlich in Abhängigkeit von der Belichtung ändert, wird der Gleichgewichtszustand der Widerstandsbrücke 98 gestört. Die Folge ist, daß die Wicklung des Relais 97 von einem Strom durchflossen wird und das Relais seine Kontakte schließt. Nunmehr ist je nach der Stellung, in der sich der Vakuumschalter befindet, ein Stromkreis für die Sperrvorrichtung des Trennschalters 81 oder der Trennschalter 74 und 75 geschlossen. In der gezeichneten Ausschaltstellung des Vakuumschalters verläuft der Stromkreis von der Hilfsstromquelle 100 über die unteren Kontakte der Kontaktvorrichtung 101 zu den beiden parallel geschalteten Auslösemagneten der Sperrvorrichtungen 78 und 79 und von da über die Kontakte des Relais 97 zur Stromquelle zurück. Infolgedessen wird die Sperrung der Trennschalter 74 und 75 aufgehoben. Diese öffnen sich unter Einwirkung der Federn 76 und 77 und trennen den Vakuumschalter 62, der durch die Verschlechterung des Vakuums betriebsunfähig geworden ist, beiderseitig von der Leitung ab. Gleichzeitig spricht die Signalvorrichtung 102 an und meldet den Störungsvorgang.

Falls nun der Stromkreis geschlossen werden soll, bevor die Störung behoben oder der Schalter 62 durch einen Reserveschalter ersetzt ist, so geschieht dies durch Einschalten' des Vakuumschalters 62' allein, nachdem vorher der defekte Schalter 62 durch Einschalten des Trennschalters 81 überbrückt worden ist. Die Einschaltung des Trennschalters 81 kann entweder von Hand erfolgen oder auch selbsttätig, z. B. in der Welse, daß man einen der Trennschalter 74 oder 75 mit Hilfskontakten versieht, die beim Auslösen dieser Schalter die Sperrvorrichtung 83 des Trennschalters 81 freigeben.

Wenn beim Ansprechen des Relais 97 der Vakuumschalter geschlossen ist, so besteht über die oberen Kontakte der Kontaktvorrichtung 101 ein Stromkreis, der die Sperrvorrichtung 83 des Trennschalters 81 freigibt, so daß derselbe sich schließt und damit den Vakuumschalter überbrückt. Auch hier wird gleichzeitig die Signalvorrichtung 102 zum Ansprechen gebracht.

Durch die beschriebene Anordnung wird also erreicht, daß der Vakuumschalter unabhängig von seiner Stellung bei Verschlechterung des Vakuums unwirksam gemacht wird, so daß Beschädigungen, z. B. infolge Stehenbleibens des Abschaltlichtbogens, nicht auftreten können. Wenn einer der beiden in Reihe geschalteten Vakuumschalter überbrückt wird, so kann die Anlage ohne weiteres in Betrieb bleiben, da der andere Vakuumschalter nunmehr allein die Abschaltung übernimmt.

Die beschriebene Anordnung mit Spiegelgalvanometer und Selenzelle stellt eine gegen Änderungen des Vakuums besonders empfindliche Verstärkeranordnung dar. Sie kann im Bedarfsfalle natürlich, ohne daß hierdurch das Wesen der Erfindung beeinträchtigt wird, durch irgendeine bekannte Relaisanordnung ersetzt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Sicherheitseinrichtung für Hochvakuumschalter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Vakuumschalter, von denen jeder mit einem vom Gasdruck beeinnußten Relais versehen ist, das bei Verschlechterung des Vakuums den Schalter unwirksam macht, derart in Reihe geschaltet sind, daß, wenn ein Schalter unwirksam wird, der zweite bzw. die übrigen Schalter zum Unterbrechen und Schließen des Stromkreises dienen.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe liegenden Vakuumschalter normalerweise gleichzeitig gesteuert werden.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Gasdruck beeinflußte Relais beim Ansprechen den betreffenden Schalter in der Einschaltstellung, z. B. durch Kurzschließen der Auslösewicklung, sperrt.

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, das das vom Gasdruck beeinflußte Relais direkt oder indirekt auf Schaltvorrichtungen wirkt, die den Vakuumschalter überbrücken, wenn er geschlossen ist, bzw. ihn vom Netz abtrennen, wenn er offen ist.

5. Sicherheitseinrichtung nach An- no Spruch ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Gasdruck beeinflußte Relais gleichzeitig mit den Sperrvorrichtungen Alarm- oder Signalvorrichtungen betätigt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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