-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Leistungsschalter mit Mitteln zur vorübergehenden Parallelschaltung
eines elektrischen Bauteils zu den Schaltkontakten.
-
Der Stand der Technik auf diesem Gebiet wird durch
die Druckschrift GB-A-2 032 180 dokumentiert, die einen
Leistungsschalter mit Mitteln zur vorübergehenden
Parallelschaltung eines elektrischen Bauteils zu den Kontakten des
Schalters bei Beginn der Öffnungs- und der Schließphase des
Schalters betrifft, wobei dieses Bauteil ein Widerstand, ein
Varistor, ein Kondensator oder eine Kombination dieser
Elemente ist und der Schalter für jede Phase mindestens eine
Trennkammer mit einer dichten und mit einem Gas guter
dielektrischer Eigenschaften gefüllten Isolierhülle aufweist,
die in ihrem Inneren einen an einen ersten Stromanschluß
angeschlossenen ortsfesten Lichtbogenkontakt und eine
bewegliche Einheit mit einem an einen zweiten Stromanschluß
angeschlossenen beweglichen Lichtbogenkontakt sowie ein
Betätigungsgestänge aufweist, wobei der Schalter außerdem in
der Kammer das elektrische Bauteil enthält, das einerseits
an den ersten Stromanschluß und andererseits an mindestens
einen Kontaktarm angeschlossen ist, der einen Kontaktkranz
trägt, und wobei der Schalter weiter ein metallisches
Führungselement, das mechanisch und elektrisch mit der
beweglichen Einheit verbunden ist, sowie einen Stab aufweist, der
in dem Führungselement gleiten kann und an einem ersten Ende
einen mit dem Kranz in elektrischen Kontakt gelangenden
metallischen Kontakt besitzt, wobei eine Hülse am ersten
Ende des Stabs an einem ersten Ende des Führungselements
anliegt und eine Feder aus leitendem Material um den Stab
herum zwischen dem ersten Ende des Führungselements und dem
zweiten Ende des Stabs angeordnet ist, die entspannt ist,
wenn sich der Schalter in der offenen oder geschlossenen
Ruhestellung befindet, wobei die Hülse in dieser Stellung am
ersten Ende des Führungselements anliegt und das zweite Ende
des Stabs in einem Abstand vom zweiten Ende des
Führungselements liegt.
-
Ein solcher Schalter besitzt einen Nachteil: Die
rasche Verschiebung der beweglichen Elemente kann, da keine
Dämpfungsmittel vorhanden sind, im Betrieb zu Prellstößen
führen.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Leistungsschalter der obengenannten Art zu definieren, der
trotz der raschen Verschiebung seiner beweglichen Elemente
Dämpfungsmittel aufweist, die Prellstöße und ein eventuelles
Rückprellen verhindern, durch die ein gelöschter Bogen
erneut zünden könnte.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Leistungsschalter
mit Mitteln zur vorübergehenden Parallelschaltung eines
elektrischen Bauteils zu den Kontakten des Schalters zu
Beginn der Öffnungs- und Schließphase des Schalters, wobei
dieses Bauteil aus Widerständen, Varistoren, Kondensatoren
oder einer Kombination dieser Elemente ausgewählt wird und
der Schalter für jede Phase mindestens eine Trennkammer mit
einer dichten Isolierhülle aufweist, die mit einem Gas guter
dielektrischer Eigenschaften gefüllt ist und einen an einen
ersten Stromanschluß angeschlossenen ersten Hauptkontakt und
einen ortsfesten Lichtbogenkontakt sowie eine bewegliche
Einheit mit einem an einen zweiten Stromanschluß
angeschlossenen beweglichen Hauptkontakt, einem beweglichen
Lichtbogenkontakt sowie ein Betätigungsgestänge enthält, wobei
das elektrische Bauteil in der Kammer angeordnet und
einerseits an den ersten Stromanschluß und andererseits an
mindestens einen Kontaktarm angeschlossen ist, der einen
Kontaktkranz trägt, wobei der Schalter weiter ein mechanisch und
elektrisch mit dem beweglichen Hauptkontakt verbundenes
Metallrohr und eine Stange enthält, die im Inneren des Rohrs
gleiten kann und an einem ersten Ende eine metallische
Kontakthülse besitzt, die mit dem Kranz in elektrischen
Kontakt kommen kann und an einem ersten Ende des Rohrs
anliegt, wobei eine Feder aus leitendem Material im Inneren
des Rohrs und um die Stange herum zwischen dem ersten Ende
des Rohrs und dem zweiten Ende der Stange angeordnet ist und
entspannt ist, wenn sich der Schalter in der geschlossenen
oder offenen Ruhestellung befindet, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Ende der Stange einen konischen Anschlag
besitzt, der einen Ring aus Polytetrafluoräthylen besitzt,
und daß das zweite Ende des Rohrs innen eine komplementäre
konische Form zu der des Anschlags besitzt.
-
Vorzugsweise ist das Ende der Kontakthülse aus einem
Metall, das mit einem unter der Wirkung des elektrischen
Lichtbogens ein dielektrisches Gas freisetzenden Produkt
imprägniert ist.
-
In einer besonderen Ausführungsform ist der
Kontaktarm ein Rohr, das an einem Ende Kontaktfinger und eine Wand
besitzt, mit der das Blasvolumen begrenzt wird, wobei eine
isolierende Düse die Kontaktfinger umgibt.
-
In einer Variante bildet die isolierende Düse mit dem
Rohr ein Blasvolumen, wobei die Wand entfällt.
-
Zum Einfügen eines Varistors wird der
Verschiebungshub des Rohrs vor dem Antrieb der Stange so festgelegt, daß
sich eine Einfügungszeit für den Varistor beim Öffnen in der
Größenordnung von 8 ms ergibt.
-
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer
Ausführungsbeispiele und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
Figur 1 zeigt teilweise im Axialschnitt eine
Trennkammer mit einem Varistor im Inneren der Kammer und einer
Vorrichtung zur Einfügung dieses Varistors gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Figuren 2A und 2B zeigen vergrößerte Ansichten
der Einfügungsvorrichtung im Axialschnitt, und zwar für
einen Trennschalter in geschlossener Stellung bzw. während
des Trennmanövers.
-
Figur 3 zeigt im Axialschnitt eine
Einfügungsvorrichtung
gemäß einer erfindungsgemäßen Variante.
-
In Figur 1 sieht man eine isolierende Hülle 1,
vorzugsweise aus Porzellan, die ein Volumen 2 mit den
Trennelementen des Schalters umgibt. Die isolierende Hülle ist an
einem Ende durch eine Metallplatte 3 verschlossen, die an
einem einen ersten Stromanschluß bildenden Metallkranz 4
befestigt ist. Dieser Kranz setzt sich im Inneren der Hülle
in Armen 5 fort, an denen ein den ortsfesten Hauptkontakt
bildendes erstes Metallrohr 6 und ein den ortsfesten
Lichtbogenkontakt bildendes zweites Rohr 7 befestigt sind, wobei
die beiden Rohre koaxial liegen.
-
Das Volumen 2 ist von einem Gas mit guten
dielektrischen Eigenschaften wie z.B. Schwefelhexafluorid unter
einem Druck von einigen Bar gefüllt.
-
Die bewegliche Einheit des Schalters enthält ein
Metallrohr 9, das in eine Glimmentladungs-Schutzhaube 10
übergeht und eine metallische Querwand 11 enthält, die
Kontaktfinger 12 trägt, welche den beweglichen Hauptkontakt
bilden. Ein Blasrohr 13 wird durch Kontaktfinger 14
verlängert, die den beweglichen Lichtbogenkontakt bilden. Die
Wand 12 besitzt Löcher 15 für den Durchlaß des Blasgases und
trägt eine Blasdüse 17 aus Isoliermaterial. Die Blaswirkung
geht von einem ortsfesten Kolben aus, der im Inneren des
Rohrs 9 liegt und in Figur 1 nicht zu sehen ist. Das Rohr 9
ist über nicht dargestellte Gleitkontakte mit einem zweiten
Stromanschluß des Schalters verbunden.
-
Ein Varistor befindet sich im Inneren des Volumens 2.
Er besteht aus einem Stapel von Scheiben 18, die sich in
einem Isolierrohr 19 befinden, welches mit einem Ende an der
Platte 3 befestigt und am anderen Ende von einem Metallblock
20 verschlossen ist.
-
In einer Variante kann der Varistor mehreren ohm'
schen Widerstandselementen zugeordnet sein. Die Erfindung
ist auch auf Schalter anwendbar, in denen es nur ohm'sche
Elemente gibt. Nachfolgend wird aus Gründen der einfacheren
Darstellung davon ausgegangen, daß nur ein Varistor in der
Trennkammer vorhanden ist, aber selbstverständlich ist die
Erfindung auch auf einen Schalter anwendbar, in dem ein
elektrisches Bauteil (Varistor, Widerstand, Kondensator oder
irgendeine Kombination dieser Elemente) entweder beim Öffnen
oder beim Schließen des Schalters oder während beider Phasen
eingefügt werden soll.
-
Die Einfügungsvorrichtung gemäß der Erfindung trägt
global das Bezugszeichen 30 in Figur 1. Sie wirkt mit einem
Kontakt zusammen, der von am Metallblock 20 befestigten und
einen Metallkranz 31a tragenden Armen 31 gebildet wird.
-
Ein detailliertes Ausführungsbeispiel der
Einfügungsvorrichtung ist in den Figuren 2A und 2B dargestellt.
-
Die Einfügungsvorrichtung enthält ein Metallrohr 32
mit eine Vorsprung 32A, über den das Rohr mechanisch und
elektrisch mit dem Rohr 9 verbunden ist, beispielsweise
durch Anlöten. Im Inneren des Rohrs 32 befindet sich eine
Hülse 33, beispielsweise aus Teflon. Die Hülse 33 und das
Rohr 32 definieren einen Raum, in dem sich ein erstes Ende
einer Feder 34 befindet, die gegen eine Schulter 328 im
Inneren des Rohrs 32 anliegt. Die Hülse 33 ist in ein
Gewinde 32C in der Schulter 32B eingeschraubt. Eine
Isolierscheibe 35 ist auf das obere Ende des Rohrs 32 aufgeklebt. Das
untere Ende des Rohrs 32 besitzt ein konisches Innenprofil,
dessen Aufgabe weiter unten erläutert wird.
-
Im Inneren der Hülse 33 kann ein Stab 37,
beispielsweise aus einem widerstandsfesten Messing, gleiten, der in
einem Bereich 37A größeren Durchmessers endet, in dem sich
ein Gewindeloch 37B befindet. Nahe dem unteren Ende des
Bereichs 37A dient eine Schulter 37C als Stütze für das
zweite Ende der Feder 34. Auf das untere Ende des Bereichs
37A ist ein Anschlag oder Ring 38 mit einem äußeren
konischen Profil aufgesetzt, der vorzugsweise aus
Polytetrafluoräthylen ist und einen Dichtungsring 39 enthält. Der Ring
38 wird durch den Kopf einer Schraube 40 gehalten, die in
das Loch 37B eingeschraubt ist, wobei zwei Ringe 41 und 42
zwischengelegt sind.
-
Im oberen Bereich der Stange 37 ist eine Kontakthülse
43 aufgeschraubt, die vorzugsweise aus Kupfer ist.
-
Nun wird der Betrieb der Vorrichtung beschrieben:
-
Wenn der Schalter geschlossen ist (Figur 1 und Figur
2A), steht die Kontakthülse 43 mit dem Kranz 31A in Kontakt
und der Varistor ist durch die Hauptkontakte und die
Lichtbogenkontakte kurzgeschlossen. Die Feder 34 ist entspannt.
-
Beim Öffnen des Schalters wird die bewegliche Einheit
in der Figur nach unten gezogen und nimmt das Rohr 32 mit,
das die Feder 34 komprimiert. Aufgrund der Trägheit der
Stange 37 und der Kontakthülse 43 bleiben diese vorerst
unbewegt, so daß der Varistor in den Schaltkreis des
Schalters nach der Trennung der Lichtbogenkontakte 7 und 14
eingefügt ist. Der Strom läuft dann über die Kontaktarme 31,
den Kranz 31A, die Kontakthülse 43, die Stange 37, die Feder
34, das Rohr 32 und das Rohr 9. Die Feder besteht
vorzugsweise aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung.
-
Wenn die Feder ganz komprimiert ist (wie in Figur 2B
gezeigt), wird die Stange 37 in Bewegung versetzt, so daß
die Kontakthülse 43 vom Kranz 31 abhebt und damit der
Varistor abgeschaltet wird.
-
Wenn die bewegliche Einheit des Schalters zur Ruhe
gekommen ist, bringt die Entspannung der Feder die
Stange 37 in ihre ursprüngliche Stellung bezüglich des Rohrs
32.
-
Aufgrund des konischen Bereichs des Rohrs 32, der mit
dem konischen Ring 38 zusammenwirkt, wobei diese beiden
Elemente konjugiert komplementäre Formen besitzen, erfolgt
der Antrieb der Stange ohne Prellstöße.
-
Es ist möglich, die Vorrichtung so abzustimmen, daß
die Einfügungszeit des Varistors beim Öffnen des Schalters
einen gewünschten Wert hat. Hierzu verfügt man über zwei
Parameter:
- einerseits die Länge d1 entsprechend dem
Bewegungshub des Rohrs 32 vor dem Antrieb der Stange 37 (Figur 2B),
-
- andererseits der Abstand a zwischen dem Kranz 31A
und dem Ende des Rohrs 7 (Figur 1). Je geringer der Abstand
a ist, umso mehr muß der Abstand d1 vergrößert werden.
-
Die Vorrichtung kann auch den Varistor beim Schließen
des Schalters einfügen. Es genügt hierzu, daß das Ende der
Hülse 43 mit dem Kranz 31A in Kontakt kommt, ehe die
Lichtbogenkontakte 7 und 14 sich berühren. Der Abstand a bestimmt
die Einfügungszeit beim Schließen, wobei diese Dauer
üblicherweise in der Größenordnung von 8 ms liegt. Wenn in der
Ruhestellung das Ende des beweglichen Lichtbogenkontakts 14
und das Ende 43A der Kontakthülse 43 auf gleichem Niveau
liegen und wenn der Abstand a Null ist, gibt es keine
Einfügung des Varistors beim Schließen des Schalters.
-
Wenn die Kontakthülse 43 vom Kontaktkranz 31A abhebt,
ergibt sich ein Lichtbogen. Dieser Lichtbogen läßt sich
leichter löschen, wenn das Ende 43A der Kontakthülse 43 aus
einem Metall besteht, das mit einem unter der Wirkung des
Lichtbogens ein Gas wie z.B. Fluor freisetzenden Produkt
imprägniert ist. Man kann beispielsweise ein Produkt auf der
Basis eines Metallpulvers nennen, das mit einem unter der
Marke FULMEX bekannten Polymer imprägniert ist.
-
Figur 3 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, die vorzugsweise für Schalter verwendbar ist,
deren Hülle aus Metall ist und an Masse liegt und in denen
ein relativ großer Raum um die Trennelemente herum verfügbar
ist. In dieser Ausführungsform, in der die bereits in den
vorhergehenden Figuren dargestellten Elemente gleiche
Bezugszeichen haben, sind die Kontaktarme 31 durch ein Rohr 50
ersetzt, das in Kontaktfingern 51 endet. Das Rohr besitzt
einen Grund 53, so daß sein Innenvolumen 56 ein Blasvolumen
für den Lichtbogen bildet, der beim Trennen der Finger 51
und des Kontakts 43A entsteht. Eine Düse 54 aus einem
Isoliermaterial, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, begünstigt
dieses Ausblasen.
-
Das Rohr 32 der Vorrichtung ist am bewegliche Rohr
über einen Arm 55 befestigt. In dieser Ausführungsform, in
der der Abstand a Null ist, gibt es keine Einfügung des
Varistors beim Schließen des Schalters.
-
Man kann auch den Boden 53 weglassen und das Volumen
57 als Wärmeexpansionsvolumen und Blasvolumen verwenden. In
diesem Fall ergibt sich eine doppelte Blaswirkung des
Lichtbogens mit einer Gasströmung nach oben durch das Rohr 50
hindurch und einer Gasströmung nach unten durch den Hals der
Düse 54.
-
Die Erfindung ist auf Hochspannungs-Leistungsschalter
üblicher Bauart mit keramischer oder metallischer und
geerdeter Hülle anwendbar.