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Druckgasschalter mit in Reihe geschaltetem Trennschalter Bei den Leistungsschaltern
ist es allgemein üblich, nach dem Löschen des Unterbrechungslichtbogens die Kontakte
in der gleichen Richtung, in der die Bewegung während des Löschvorganges erfolgte,
weiterzubewegen bis ,auf einen Abstand, der außer der wiederkehrenden Spannung auch
die Stoß-und Prüfspannung abriegelt. Das Bemessen des Abstandes, um die wiederkehrende
Spannung ;abzuriegeln, wird hierbei durch den Sicherheitsgrad der Anlage festgelegt.
Wird dieser ,auf eine bestimmte Größenordnung festgesetzt und der geradlinige Weg
zur Kontakttrennung bis auf den entsprechenden Abstand beibehalten, so ergeben sich
bei Druckgasschaltern sehr große Abmessungen in Richtung der Schaltbewegung, wodurch
außer dem erheblichen Raumbedarf erhöhte Herstellungskosten bedingt werden.
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Es sind bereits Druckgasschalter bekannt, bei denen man einen kleinen
Schaltraum dadurch erhält, daß man mit diesem einen besonderen Trennschalter kombiniert.
Der Schaltraum übernimmt hierbei die Leistungsunterbrechung, während der Trennschalter
die Isolation für alle auftretenden Spannungen auszuhalten hat. Bei der bekannten
Anordnung ist der Schältweg des Leistungsschalters so klein, daß er nur bei vorhandenem
Druck die Spannung verträgt. Das hat aber den Nachteil, daß man den Leistungsschalter
auch vor dem Einschalten unter Druck setzen muß, da andernfalls nach Einlegen des
Trennmessers ein Überschlag an der Schaltstrecke erfolgen würde.
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Ferner ist vorgeschlagen worden bei Schaltern ohne Beblasung der Kontakte
durch strömendes Löschmedium, die Kontakte mit elektrostatisch wirkenden Schutzringen
zu umgeben. Abgesehen davon, daß hierbei infolge des Fehlens des geeigneten strömenden
Löschmediums nur eine geringe überschl.agsfestigkeit zwischen den Kontakten erreicht
werden kann, ,ändert sich-dabei infolge der Lagenveränderung mindestens eines der
mit den Kontakten verbundenen Schutzringe das an und für sich nicht vollausgenutzte
ielektrostatische Feld bei jedem Schaltvorgang.
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Schließlich ist es auch bei Druckgasschaltern bekannt, während des
Ausschaltvorganges zur Regelung der Druckgasströmung und zur Verkleinerung des Strömungsquerschnittes
des Druckgases zwischen die sich trennenden Kontakte Isolierteile hineinzubewegen,
in
die leitende Einlagen zur Verringerung der Feldstärke eingebettet
sind. Diese Einlagen dienen aber zur Verringerung der Feldstärke an den Kontakten,
um Rückzündungen unmittelbar nach dem Erlöschen des Lichtbogens zu verhindern, und
nicht zur Erhöhung der überschlagsfestigkeit in der Ausschaltbewegung.
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Demgegenüber geht die Erfindung zur -Beseitigung der beim Ab- bzw.
Einschalten entstehenden Nachteile von folgenden überlegungen aus. Beim Entwerfen
und Bauen der Schalter und Schaltanlagen hat man zu unterscheiden einerseits zwischen
den Beanspruchungen, die der Schaltstrecke durch den Abschaltvorgang selbst und
die daran unmittelbar anschließenden Vorgänge auferlegt werden, andererseits den
überbeanspruchungen durch sog. Überspannungen, vor allem durch Gewitterüberspannungen,
denen die Höhe der Stationsisolierung letzten Endes angepaßt «erden muß. Die Erfindung
geht nunmehr von der Erkenntnis aus, daß diese beiden Beanspruchungen von verschiedener
Größenordnung sind. Beispielsweise wird man für die Beherrschung des Abschaltvörganges
selbst an die Schaltstrecke folgende Forderungen zu stellen haben: Bei normaler
dreiphasiger Abschaltung entfällt auf den zuerst unterbrechenden Pol ein Anteil
von 36,70%o der verketteten Spannung. Hat der Schalter einen Doppelerdschluß zu
unterbrechen, so erhöht sich dieser Betrag auf tooo;o cler verketteten Spannung.
Tritt unmittelbar nach dem Abschalten ein Außertrittfallen der getrennten Zentralen
auf, so daß die Spannungsvektoren in Opposition stehen, so entsteht an der Trennstelle
eine Spannungsdifferenz vom Betrag der doppelten Phasenspannung, d. h. i i 5 0;ö
der verketteten Spannung. Die genannten Werte stellen die stationäre Beanspruchung
der Schaltstrecke dar und liegen größenmäßig sämtlich unter den Überbeanspruchungen
durch Gewitterüberspannungen. Die letztgenannten erreichen den q.- bis Sfacher_
Scheitelwert der verketteten Spannung.
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Die bei Druckgasschaltern für hohe Spannung entstehende erhöhte Schwierigkeit,
die Schaltstrecke so auszubilden, daß sie beiden Arten von Beanspruchungen standhält,
wird durch die Erfindung in einer solchen Weise beseitigt, daß gleichzeitig die
oben angegebenen Nachteile des Abschaltvorganges vermieden werden. Die Schaltstrecke
selbst bat danach nur den Beanspruchungen des Schaltvorganges standzuhalten, während
die viel seltener und dann nur kurzzeitig auftretenden Gewitterüberspannungen durch
die Summe von Ausschaltstrecke und einer ergänzenden Trennstelle beherrscht werden,
indem durch die geöffnete Trennstelle .die freie Luftstrecke zwischen den zu unterbrechenden
Leitungen insgesamt so weit vergrößert wird, daß die Überschlagsfestigkeit eine
dem Sicherheitsgrad der übrigen Anlage entsprechende Höhe erreicht.
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Dies wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß nach der Erfindung
die Entfernung der Kontakte des Leistungsschalters so gewählt ist und daß zugleich
an der Schaltstelle des Leistungsschalters für die Ausschaltstellung der Kontakte
Abschirmungen vorgesehen sind, die das elektrische Feld der Schaltstelle derart
homogenisieren, daß die getrennten Kontakte im überdruckfreien Zustande eine höhere
Überschlagsfestigkeit als 3,6kV/cm Kontaktentfernung ergeben. 3,6kV/cm stellt hierbei
den im wesentlichen den Prüfvorschriften entsprechenden Wert für die Durchbruchfestigkeit
dar; dieser Wert würde sich beispielsweise bei einem ioo-kV-Schalter wie folgt ergeben:
Dadurch entstehen Erleichterungen bezüglich des Kontakthubes, der somit kurz gewählt
werden kann, und des zeitlichen Ablaufes im Hinblick auf Beschleunigung und Verzögerung
des beweglichen Schaltstückes; weiterhin wird der hohen mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzte, den Schaltraum einschließende Druckgasbehälter ,auf eine gedrungene
Bauart gebracht, welche Maßnahme wiederum eine Ersparnis an teurem Isolierwerkstoff
für den Druckgasbehälter bedeutet. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme läßt sich
die Feldstärke unter Umständen auf mehr als 5 kV bringen, während ohne die Abschirmungen
die mittlere Feldstärke höchstens 3,6kV/cm betragen darf und ,die Schaltstrecke
entsprechend größer bemessen werden muß. Das Abschirmen hat hierbei noch für den
Einschaltvorgang den Vorteil, daß bei einer bestimmten Geschwindigkeit des beweglichen
Schaltstückes der unvermeidliche Lichtbogen erst in diner kürzeren Entfernung von
dem festen Kontakt entsteht, so daß die Lichtbogendauer dadurch geenüber den
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eichen Anordnungen wesentlich herabgesetzt wird.
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Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt.
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Das Leistungsschaltergehäuse ist zusammengesetzt aus einem den Schaltraum
einschlie-Lenden isolierten Druckgasbehälter m und einem ihn tragenden Isolator
o. Im oberen Teil des einen Schalldämpfer z tragenden Druckgasbehälters in ist ein
feststehender Kontakta vorgesehen. Dem Kontakta . ist ein in senkrechter Richtung
bewegliches Schaltstück b zugeordnet, das vorzugsweise als Schaltstift ausgebildet
ist. Der Kontakt a. und das Schaltstück b dienen zur Herstellung einer Schaltstrecke
für die Stromunterbrechung unter Spannung. Diese Schaltstrecke ist so gewählt, daß
die Entfernung des Schalt-' stückes b von dem Kontakt a im ausgeschalteten Zustande
bzw. der Elektrodenabstand auch bei der abgestellten Druckgaszufuhr groß
genug ist, um nicht nur die Stromunterbrechung und somit die Lichtbogenlöschung
zu verursachen; sondern auch ein Rückzünden des Lichtbogens zu unterbinden.
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An der Schaltstelle sind für die Ausschaltstellung der Kontakte a,
b Abschirmungen c, d
vorgesehen, die Abrundungen aufweisen und insbesondere
als Halbkugeln ausgebildet sind; diese besitzen je eine Vertiefung r bzw. s zum
Führen bzw. Aufnehmen des beweglichen Schaltstiftes. Die Abschirmungen
c, d haben die Aufgabe, das elektrische Feld an der Schaltstrecke zu homogenisieren,
damit auch im druckfreien Zustande keine Gefahr eines Überschlages zwischen den
Elektroden besteht. Hierbei kann die Feldstärke zwischen den Elektroden im überdruckfreien
Zustand auf etwa 5 kV/cm gebracht werden. Die Feldstärke kann :auch darüber hinaus
gesteigert werden, so daß z. B. im ausgeschalteten, druckfreien Zustand ,auch Spannungen,
die die wiederkehrende Spannung wesentlich überschreiten, beherrscht werden können.
Die Anordnung der unteren Abschirmung d und des Schaltstiftes ist dabei so getroffen,
daß sie gemeinsam den unter Druck stehenden Schaltraum auf einer Seite abschließen.
Zur Unterstützung der Schirmwirkung sind noch Abschirmungsringe e und f am äußeren
Teil des den Schaltraum einschließenden Druckgasbehälters in vorgesehen.
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Das stromlose Schalten wird an einer Trennstelle it, v bewirkt,
die außerhalb des Leistungsschalters liegt, wobei der eine Polii der Trennstelle
u, v am Isolator o des Leistungsschalters und der andere Pol v an einem außerhalb
des Leistungsschalters befindlichen Isolator t gelagert ist. Die Trennstelle u,
v stellt die erforderliche Sicherheit her. Der Abstand zwischen den Polen u, v kann
dabei auch so groß gewählt werden, daß dadurch den VDE-Bestimmungen Rechnung getragen
wird. Zum üfnen der -Trennstelle ist in dem dargestellten Beispiel ein Trennmesser
g vorgesehen, das rechtwinklig zum Schaltstift schwenkbar angeordnet ist. Das Trennmesser
Z braucht dabei nicht, wie in der Zeichnung .angegeben, in der Zeichenebene, sondern
kann z. B. in einer senkrecht zu ihr gelegten Ebene beweglich angebracht sein.
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Statt einer Trennstelle u, v können hierbei mehrere Trennstellen vorgesehen
werden, die beispielsweise an den entgegengesetzten Seiten des Isolators o :angeordnet
werden. In der Zeichnung ist die Zufuhr des Druckgases durch einen Pfeil w und das
Zu; und Ableiten des Stromes durch .die Pfeile p und g angegeben. -Der Antrieb des
Schaltstückes b und des Trennmessers g erfolgt mittels .Gestänge, die im wesentlichen
aus Isolierstangen L bestehen, die gemeinsam in dem Isolator o untergebracht sind,
der im Gegensatz zum Schaltraum nicht mit Druckgas beaufschlagt wird. Die Antriebsbewegung
wird von einer Nokkenwelle 1i über Rollen i, ein in Form eines Schwenkhebels
ausgebildetes Übertragungsglied k und Isolierstangen L nacheinander beim Ausschalten
zunächst dem Schaltstück b zum Öffnen der Schaltstelle und dann dem Trennmesser
g zum Öffnen der Trennstelle mitgeteilt, während beim Einschalten die Bewegung zum
Schließen der Schaltstelle und der Trennstelle in umgekehrter Reihenfolge geschieht.
Der Nockenantrieb ist hierbei so gewählt, daß jedes Übertragungsglied k zwei gegeneinander
versetzte Glieder, z. B. Rollen i, enthält und jede Nockenscheibe n eine Ausnehmung
x und eine gleich bemessene Erhebung y aufweist, die über die Rollen i auf das Übertragungsglied
k einwirken. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Übertragungsglied k stets
in beiden Bewegungsrichtungen mit der zugehörigen Nockenscheibe n kraftschlüssig
gekuppelt ist. Beim Rückwärtslauf übernimmt somit die Ausnehmung x die Wirkung der
Rückwärtsbewegung, statt wie bei normalen Nockenscheiben üblich diese der Wirkung
einer Feder zu überlassen, so daß stets volle Antriebsleistung des Schaltmechanismus
auf die treibenden Teile, also auf die Schaltkontakte, in beiden Richtungen übertragen
wird.