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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
Trennschalter und betrifft insbesondere einen Trennschalter
mit senkrechter Öffnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
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Trennschalter haben nur sehr geringes oder gar kein
Ausschaltvermögen. Es ist jedoch wünschenswert,
Trennschalter mit einem wesentlichen Ausschaltvermögen herzustellen,
um bestimmte Operationen des Schleifentransfers
durchzuführen.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen
Trennschalter mit einem bemerkenswerten Ausschaltvermögen
herzustellen, der es zum Beispiel erlaubt, 4200 A bei 20 kV
zwischen Phasen und Erde zu unterbrechen.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen
Trennschalter herzustellen, der sicher funktionieren kann, selbst
wenn eine Eisschicht sich auf dem Gerät befindet, ohne die
Herstellungskosten des Geräts durch einen
überdimensionierten Betätigungsmechanismus zu erhöhen.
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Aus dem amerikanischen Patent Nº 2 897 323 ist ein
Gerät bekannt, das einen Trennschalter und einen
Leistungsschalter kombiniert und bei dem der Strom auf ein
Lichtbogenhorn abgeleitet wird, das mit einem Rad zusammenwirkt.
Dieses Gerät kann nicht arbeiten, wenn eine Eisschicht sich
auf dem Lichtbogenhorn und dem Rad befindet, da dieser
Mechanismus mit Kompression arbeitet. Man braucht jedoch
eine sehr große Kraft, um Eis mittels Kompression zu
zerbrechen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der
Herstellung eines Trennschalters, bei dem das Eis zerbrochen
wird, ohne daß eine große Kraft verwendet wird.
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Im amerikanischen Patent Nº 2 824 936, auf das sich
der Oberbegriff des Anspruchs 1 bezieht, wurde
vorgeschlagen, das Kontaktmesser des Trennschalters so anzuordnen, daß
der Kontakt mit dem Lichtbogenhorn seitlich erfolgt. Die
Anmelderin hat festgestellt daß das Messer sich nach der
Seite biegt, besonders wenn es eine große Länge aufweist,
wenn man auf das Horn eine große Kraft ausübt, um das Eis zu
brechen. Die Verwendung eines solchen Geräts verbietet sich
also besonders bei den Verwendungen mit hoher Spannung, die
ein Messer großer Länge benötigen, um die Isolierung zu
gewährleisten.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein
Hochspannungsgerät herzustellen, das ein Kontaktmesser
ausreichender Länge aufweist, um die Isolierung zu gewährleisten,
und bei dem das Eis sowohl beim Öffnen als auch beim
Schließen gebrochen wird, ohne daß das Messer beschädigt werden
könnte.
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Alle diese Ziele werden durch die Erfindung erreicht,
die einen Trennschalter mit einem Kontaktmesser zum
Gegenstand hat, das an einem ersten Ende mit einem ersten
Anschluß und mit Mitteln verbunden ist, die in einer
Öffnungsphase erst eine Drehung des Messers um sich selbst und dann
eine Drehung um eine Achse ermöglichen, und das an seinem
zweiten Ende einen Kontakthammer aufweist, der mit einer mit
einem zweiten Anschluß verbundenen Backe zusammenwirkt,
wobei der Trennschalter Mittel aufweist, damit bei einer
Öffnungsbetätigung nach der Drehung das Messer um sich
selbst gedreht hat, was die Stromunterbrechung zwischen
Hammer und Backe bewirkt, der Strom zuerst abgeleitet und
dann auf einen Schalter umgeleitet wird, wobei dieser
Schalter sich unter der Steuerung eines Mechanismus mit abrupter
Unterbrechung öffnet, der durch die Verschiebung des Messers
gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen
sich abnutzenden Hammer aufweisen, der lösbar in der
Verlängerung des Hammers angeordnet ist und mit zwei Hörnern
zusammenwirkt, zwischen die er sich einfügt und unter
Reibung bewegt, daß eines der Hörner einen isolierenden
Abschnitt zwischen zwei metallischen Abschnitten aufweist, von
denen einer mit dem zweiten Anschluß und der andere mit
einem Eingang des Schalters verbunden ist, während das
andere Horn eine metallische Basis aufweist, die durch zwei
isolierende Abschnitten verlängert wird, wobei die Basis mit
dem zweiten Anschluß verbunden ist, daß der sich abnutzende
Hammer während eines Öffnungshubs einen Arm bewegen kann,
der den Betrieb des Betätigungsmechanismus des Schalters
steuert, wobei die isolierenden Bereiche der Hörner
gegenseitig versetzt sind, um die Umschaltung des Stroms vom sich
abnutzenden Hammer zum Schalter zu ermöglichen, wobei die
zweite Klemme dieses Schalters mit dem zweiten Anschluß
verbunden ist.
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In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung
enthält der Betätigungsmechanismus des Schalters einen
ersten Hebel, der unter der Wirkung des Arms um eine
ortsfeste Achse kippt, die an einem ersten Ende angeordnet ist,
wobei eine Feder einerseits am zweiten Ende des ersten
Hebels und andererseits an einem ersten Ende eines zweiten
Hebels befestigt ist, der um eine ortsfeste Achse kippt, die
an seinem zweiten Ende angeordnet ist, wobei der zweite
Hebel einen Zapfen aufweist, der in eine längliche Öffnung
eines Bauteils eindringt, das mit dem beweglichen Kontakt
des Schalters verbunden ist.
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Vorteilhafterweise enthält der Betätigungsmechanismus
einen ersten und einen zweiten Anschlag, die den Hub des
zweiten Hebels begrenzen.
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Die Achse des ersten Hebels besitzt eine Zapfen, um
die Feder daran zu hindern, sich über diese Achse hinaus zu
bewegen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispiels und in Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen näher beschrieben.
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Figur 1 zeigt von vorne einen Trennschalter gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 2 zeigt in vergrößertem Maßstab von vorne die
Spitze der zweiten Trägersäule des Trennschalters.
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Figur 3 zeigt von der Seite die Spitze der zweiten
Säule des Trennschalters.
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Die Figuren 4 bis 6 zeigen in verschiedenen
Positionen während des Betriebs des Trennschalters den
Betätigungsmechanismus des den Trennschalter bestückenden Schalters.
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In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein
Trennkontaktmesser, das mit einem ersten Ende an die Spitze einer
ersten Säule 2 angelenkt ist und an seinem zweiten Ende
einen Kontakthammer trägt, der mit einer Backe
zusammenwirkt, die an der Spitze einer zweiten Säule 3 angeordnet
ist. Der Hammer hat einen länglichen Querschnitt, so daß er
in einer bestimmten Stellung in engem Kontakt mit der Backe
steht und nach einer 90º-Drehung um sich selbst den Kontakt
mit der Backe verliert.
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Ein Betätigungsmechanismus, der global das
Bezugszeichen 4 trägt, ermöglicht unter der Wirkung einer von
einem Motor 6 in Drehung versetzten Säule 5 ausgehend von
einer geschlossenen Stellung des Trennschalters zunächst
eine Drehung des Messers um sich selbst, um den Kontakt
zwischen dem Hammer und der Backe zu lösen, und dann eine
Drehbewegung in einer senkrechten Ebene. Diese Mechanismus
ist bekannt. Da er die Erfindung nicht direkt betrifft, wird
er nicht näher beschrieben. Es ist nur anzumerken, daß die
Drehbewegung des Messers um sich selbst im allgemeinen 90º
beträgt, und dieser Wert wird in der nachfolgenden
Beschreibung als Beispiel genommen.
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Das erste Ende des Messers 1 ist elektrisch mit einem
ersten Anschluß 7 verbunden und die Backe ist mit einem
zweiten Anschluß 8 verbunden.
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Figur 2 zeigt genauer die Backe 9, die aus mehreren
Kontaktfingern 9A besteht. Der Hammer 10, der sich am Ende
des Messers 1 befindet, wird durch einen sich verbrauchenden
Hammer 10A verlängert, der sich abnutzt und daher am Hammer
lösbar montiert ist, um leicht ersetzt werden zu können. Der
sich abnutzende Hammer 10A trägt eine Glimmschutzkugel 11.
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Die Kontaktfinger 9A sind mit dem Anschluß 8
verbunden.
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Der zylindrische Hammer 10A fügt sich zwischen zwei
Hörner 13 und 14 in Form von Stäben ein, die je einen
geradlinigen und einen gekrümmten Abschnitt aufweisen. Die Hörner
sind über eines ihrer Enden elektrisch mit dem Anschluß 8
verbunden. Die Hörner haben einen Abstand zueinander, um
während eines Öffnungsvorgangs je mit dem Hammer 10A in
Verbindung zu bleiben, bis dieser über die gekrümmten
Abschnitte der Hörner hinausgeht. Eine Feder 15 zwischen den
Hörnern gewährleistet einen ausreichenden Druck. Die Hörner
sind an einer Metallkonsole 16 befestigt, die selbst mit dem
Anschluß 8 in mechanischer und elektrischer Verbindung
steht.
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Die Hörner 13 besitzen an ihrer Basis einen leitenden
Abschnitt 13A und einen isolierenden Abschnitt 13B, der an
den Abschnitt 13A angrenzt, und dann einen metallischen
Abschnitt 13C.
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Die Hörner 14 enthalten an ihrer Basis einen
leitenden Abschnitt 14A in elektrischem Kontakt über Litzen 17 und
18 mit der Konsole 16, dann einen isolierenden Abschnitt 14B
und dann einen isolierenden Abschnitt 14C. Die Abschnitte
13B und 14B bestehen z.B. aus Teflon , das isolierend und
gegen den Schalt-Lichtbogen resistent ist. Die Abschnitte
14C bestehen vorzugsweise aus Epoxyharz, einem isolierenden
aber nicht so teuren Material wie das Teflon .
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Auf der Konsole 16 ist ein Schalter 20 befestigt,
vorzugsweise mit einer Vakuumkammer 20A aufweist, dessen
Öffnung von einem Auslösearm 21 gesteuert wird, der durch
die Verschiebung des Hammers 10A betätigt wird.
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Die untere Klemme des Schalters ist elektrisch mit
der Konsole 16 verbunden, während die andere Klemme
elektrisch mit dem Abschnitt 13C des Horns 13 über die Litzen 22
und 23 verbunden ist.
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Die Bezugszeichen 25 und 26 bezeichnen
Glimmentladungsschutzringe.
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Die Betätigungsvorrichtung des Schalters, die global
das Bezugszeichen 29 trägt, wird nun in Bezug auf die
Figuren 4 bis 6 beschrieben.
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Der Auslösearm 21 wird durch einen ersten Hebel 30
verlängert, der um eine ortsfeste Achse 31 kippt, die sich
an einem seiner Enden befindet. Die Achse 31 trägt eine
Zapfen 31A. Am anderen Ende des Hebels 30 ist ein erstes
Ende einer Feder 32 befestigt, deren anderen Ende an einem
ersten Ende eines zweiten Hebels 33 befestigt ist, der um
eine ortsfeste Achse 34 kippt. Der Hebel 33 trägt einen
Zapfen 35, der sich in ein längliches Loch 36 eines Teils 37
einfügt, das mit dem beweglichen Kontakt der Vakuumkammer
fest verbunden ist.
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Die Bezugszeichen 38 und 39 bezeichnen Anschläge, um
den Hub des Hebels 33 zu begrenzen.
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Der Betätigungsmechanismus 29 ist in einem Deckel 40
angeordnet, durch den der Auslösearm 21 verläuft.
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Der Betrieb des Trennschalters wird nun beschrieben:
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In der geschlossenen Stellung (Figuren 2 und 3) steht
der Hammer 10 mit den Fingern 9A in Verbindung; der Strom
fließt zwischen dem Anschluß 7, dem Messer 1, dem Hammer 10,
den Fingern 9A und dem Anschluß 8.
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Zu Beginn der Öffnungsphase führt das Messer 1 eine
Drehung von 90º entlang seiner Achse durch, was zur Wirkung
hat, den Stromkreis zwischen dem Hammer 10 und den
Kontaktfingern 9A zu unterbrechen. Der Hammer 10A, der einen
zylindrischen Querschnitt aufweist, gewährleistet den weiteren
Stromdurchfluß über seinen Kontakt mit den Hörnern 14.
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Wenn das Messer 1 des Trennschalters beginnt, sich zu
heben, ist der Hammer 10A mit dem isolierenden Abschnitt 13B
des Horns 13 in Kontakt. Der Strom fließt dann zwischen dem
Anschluß 7, dem Messer 1, dem Hammer 10, dem Hammer 10A, dem
Horn 14 und dem Anschluß 8.
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Wenn das Messer 1 seinen Hub beginnt, erreicht der
Hammer 10A, nachdem er sich durch eine Pufferzone bewegt
hat, in der der Strom durch den Schalter und die Elemente
14A, 17, 18 und 16 fließen kann, eine Position, in der er
mit dem isolierenden Abschnitt 14B des Horns 14 und dem
leitenden Abschnitt 13C des Horns 13 in Verbindung steht.
Der Strom fließt dann zwischen dem Anschluß 7, dem Messer 1,
dem Hammer 10, dem Hammer 10A, dem Abschnitt 13C des Horns
13, der Litze 23, der Litze 22, der Kammer 20A, der Konsole
16 und dem Anschluß 8.
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Indem er seinen aufsteigenden Weg fortsetzt, nimmt
der Hammer 10A im Vorbeigehen den Auslösearm 21 mit, dessen
Bewegung die abrupte Öffnung der Schalterkammer bewirkt.
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Der Betrieb des Betätigungsmechanismus 29 des
Schalters wird nun beschrieben:
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Der fest mit dem Arm 21 verbundene Hebel 30 spannt
die Feder 32 und setzt nach dem Durchgang durch den Totpunkt
den Hebel 33 in Bewegung. Nach einem bestimmten Hub, bei dem
der Hebel eine bestimmte kinetische Energie erlangt, schlägt
der Zapfen 35 auf das obere Ende der länglichen Öffnung 36
des Teils 37 und treibt dieses um einen ausreichenden Hub
an, damit der Schalter geöffnet wird.
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Der Anschlag 39 dient dazu, die Abstände vor dem
Aufschlag des Zapfens 35 auf das Ende der länglichen Öffnung
36 des Teils 37 und folglich die vom beweglichen Organ
kumulierte Energie zu begrenzen. Man kann so zwei Millimeter
Spreizabstand in zwei Millisekunden erreichen.
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Da die momentane Geschwindigkeit von dieser Energie
abhängt, beeinflußt diese Regelung direkt die
Geschwindigkeit.
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Der Zapfen 31A hält die Feder gespannt und hindert
sie daran, die Achse 31 zu überschreiten.
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Der Anschlag 38 ermöglicht die Regelung des
Spreizabstands der Kontakte der Vakuumzelle, z.B. von 6 bis 8 mm.
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Die soeben beschriebene Vorrichtung ermöglicht also
die Regelung der Öffnungsgeschwindigkeit der Kontakte.
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Einer der Vorteile des erfindungsgemäßen
Trennschalters resultiert aus der Tatsache, daß im Gegensatz zu den
bekannten Trennschaltern der Betätigungsarm des Schalters
nicht verwendet wird, um den Strom zu übertragen.
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Das Vorhandensein von Eis auf dem Hammer 10A ist
nämlich nicht günstig für einen freien Kontakt, da der Arm
nicht den ausreichenden Druck aufweist, um das Eis zu
brechen, und es ist schwierig, diesen Druck zu erhöhen, ohne
die Öffnung des Trennschalters zu beeinträchtigen, dessen
Betätigungsmechanismus sich am anderen Ende des Messers
befindet.
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Die Verwendung der Hörner 13 und 14, die eine Zange
bilden, erfordert wenig mechanische Energie für die
Betätigung des Trennschalters, da die Eindringkraft des Hammers 10
in die Backe senkrecht zum von den Hörnern 13 und 14 auf den
Hammer 10A ausgeübten Druck verläuft, d.h. im wesentlichen
begrenzt durch die Reibungskräfte.
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In Gegenwart von Eis schert der Hammer 10A das Eis
bei seiner Aufstiegs- oder Abstiegsbewegung ab.
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Die Erfindung betrifft Hochspannungs-Trennschalter
und insbesondere Trennschalter mit senkrechter Bewegung.