DE7212043U - Hochspannungsschalter - Google Patents

Description

8717-72/Dr.v.B/Ro.
3082-1 West Gernany
US-Ser.No. 138,562
Piledt April 29, 1971

JoeIyη MFG. and Supply Co. 155 North Wacker Drive, Chicago, 111., V.St-A.

Hoch»pannunga«chaltar

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Hochspannungsschalter . Ein b«?urs«gtfis Anvsndungsgsbist sisa Hochspannungsschalter, dia Erfindung 188t eich jedoch auch bei Schaltern anwenden, die ein flüssiges oder gasförmig·· IsoliernediuiB (z.B. öl oder ein andere· Gas als Luft) enthalten.

Die bekannten Hochspannungsschalter, die aloh sur Unterbrechung hoher Strome (i.B. Ober 100 A) bei hohen Effektivspannungen (z.B. flber 1 kV) eignen, sind zweipolige Geräte, wenn es auch unbrauchbare Auenahmen geben nag. Die bekannten zweipoligen Hochspannungsschalter haben für jedea Paar trennbarer KonttOctstücke ein eigenes Gehäuse, das gewöhnlich a~se Isoliermaterial besteht. Das aus Isoliermaterial bestehende/ gegebenenfalls evakuierte Gehäuse enthalt normalerweise eine Abschirmung zur Kondensation von Metalldampfen, und eines der Kontaktstück« kann Ober einen Balgen bewegt werUen. Die«e bekannten Schalter lassen sich nur schwierig so einschließen, daß sie gegen schädliche umgebungseinflüsse. Verschmutzung, Benetzung durch Regen geschützt sind und unter Wasser betrieben werden können.

Ε« sind zwar schon Vakuumschalter mit "kaltes" Gehluse, d.h. mit einem GehSuse, das eine auf Massepotential liegende Oberfläche hat, bekannt. Diese Schalter haben sich jedoch nicht

bewährt, vnr Allen weil während de· Abschaltvorganges ein Stromflafl nach Ma··· auftritt.

einen einfachen «ad preiswerten Hochspannungsschalter anzugeben, der die oben geschilderten Nr „«.e. Ie de* Standes der Technik nleht aufweist.

Dies« Aufgabe wird durch den in Patentanspruch 1 unter Schutt gestellten Schalter gelöst.

Die DnteransprücUe batreffen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindungsgedanke wird in folgenden anhand von Ausführungebeispielen in Verbindung silt de*: Zeichnung näher erläutert; es zeigen t

rig. i ein Schaltbild eines A*w£uhfun9»bäiäpieles elsss gcchspaaasa^scchaltÄrs css££ der Erfind"·*?·^ das c*?#i Ansehlü«se sowie einen geaelnsaaen Schaltungspunkt enthält und als Dreiwegsehalter beseichnet werden kann;

Flg. 2 eine geschnittene Seitenansicht eines Vakuusaschtlters geaäB eines Ausführuagsbeispiel der Erfindung, das in wesentlichen de» Schaltbild gealB Fig. 1 entspricht;

Fig. 3 ein Schaltbild eines eine Leiterschleife enthaltende» Stromkreises, in dem Schalter gemäB der Erfindung mit Vortt ." verwendbar sind;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Stroaversorgungsayetens, s.B. für ein Krankenhaus, bei des» der oder die Verbraucher wahlweise an eine bevorzugte Stromquelle, s.B. das örtliche Wechselstromnetz, und eine NotstrcaBquelle angeschlossen werden können, und

Fig. 5 einen Querschnitt in einer Ebene 5-5 der Fig. 2.

In Fig. 1 stellt der strichpunktierte Block 46 den Umrie eines Dreiwegschalters dar, der drei Anschl?ekleouaen 1, 2 und 3 hat. Xb Inneren des Schalters befindet sich eine Innenklemm 4. Der Schalter enthalt drei Schaltstrecken, deren stationäre Kontaktstücke den AnschluBklesa»ea 1, 2 bsw. 3 zugeordnet sind und

deren bewegliche KontaktstUcke mit 11b, lic bzw. 11a bezeichnet sind. Nenn sich alle beweglichen KontaktstUcke in der öffnungsstellung befinden, ist die Innenklemme 4 isoliert, d.h. von den SuScrss Anschliissea ftlekIr-r? ■<?!» getrennt.

In Flg. 2 ist ein Schalter des in Fig. 1 dargestellten Typs genauer dargestellt, wobei entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die beweglichen Kontaktstücke 11a, b und c arbeiten mit einer gemeinsamen Tauroelplatte 4 zusammen, die die Innenkleirane bildet. Die Anordnung ähnelt einem dreifaeigen Schemel, der auf dem Kopf steht; der ganze Schalter kann jedoch auch um einen beliebigen Winkel gekippt und in beliebiger Lage betrieben werden, z.B. mit nach unten weisenden Anschlußklemmen 1, 2 und 3, so daß diese gegen Regen geschützt sind.

Zur Betätigung der beweglichen Kontahtstücke sind Betätigungsstange» 21 vorgesehen; die sich durch untere, geerdete Führungen 22 erstrecken und jeweils durch einen eigenen Salgen abgedichtet sind, der aus einem ffedei :n Metall oder einem anderen geeigneten Werkstoff besteht.

Die Betätigungsstangen wirken jeweils über einen Abschnitt 24 aus Isoliermaterial nit einen oberen, stabförmige» Teil 25 zur Bewegung der zugehörigen Kontaktstücke 11a, b bzw. c zusaonen. Das obere Ende des jeweiligen Balgens 23 stacht die Bewegung der Stange mit während der Balgen einen vakuumdichten Ab-* schIuB gewährleistet.

Zum wahlweisen Bewegen oder Kippen der leitenden Taumelplatte 4 sind mehrere Universalgelenke, z.B. Kugelgelenke vorgesehen, die jeweils vorzugsweise ganz nahe bei der zugehörigen Kontakttrennstelle angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausfuhrungebeispiel endet jedes stabförmige Teil 25 in einer Kugel, die in eine entsprechende Fassung eingreift, die sich am oberen Ende eines zugehörigen beweglichen Kontaktträgergliedes 26 befindet, des der leitenden Taumelplatte 4 mechanisch und elektrisch zugeordnet bzw. mit ihr verbunden ist.

Die an den Enden der stabfÖrmigen ÄnschluSkieiwsn 1,2 und 3 angebrachten stationären Kontaktstücke sind mit 12 be-

zeichnet.

Die Kontaktstuckpaare lla-12, llb-12 usw. sind durch J elektrisch "schwimmend'^", also nicht angeschlossene Kondensatabschirmungen 27 und ander· zusammenwirkende Ab::chir»5lesn«nte vollständig gegen Masse und gegen die anderen Klemmen abgedeckt. Das der Anschlußklemme 1 zugeordnete Kontaktstückpaar ist also gegenüber den Klemmen 2 und 3 versteckt, also von diesen Klemmen aus nichc zu sehen. Die Abschirmungen 27, dir hler als aus Metall bestehend angenommen werden, sind durch ge rennte, aus Isoliermaterial, vorzugsweise Keramik, bestehende Abschirmzylinder 29L nicht nur gehaltert sondern auch gegen alle "fremden" Stromquellen isoliert. Wenn z.B. Kontaktmaterial verdampft, wird der Dampretrom durch die den betreffenden Kontaktstucksatz umgebende Abschirmanordnung gestoppt. Die festen KontaktstOcke 12 sind mit den lugehörigsri Anschlußklemmen 1,2 und 3, die als Gewindebolzen ausgebildet sein können, jeweils durch einen Leiterstab 51 ver= bunden, der von einer als Ganzes mit 25U cmseiohr.stcr. eher»» zylindrischen I so Her anordnung umgeben 1st.

Eine aus Metall bestehende Abschirmkappe verhindert, daß Metalldampf, der aus dem unteren Ende der Abschirmung 27 austritt, eine geerdete Flache erreichten kann. Ferner ist für jeden unteren Isolierenden Abschirmzylinder 29L ein eigener getrennter Klemntenflansch 53 aus Metall vorgesehen, der den Metalldampf daran hindert, eine auf Masse liegende Fische am oberen Ende der Abschirmung 27 zu erreichen.

Der Schalter kann daher, wie noch genauer erläutert werden wird, praktisch vollständig mit einem auf Masse liegenden Behälter oder Gehäuse umgeben werden. Das Gehäuse kann in der Praxis die verschiedensten Formen annnehmen, bei dem dargestellten fußführung sbeispiel enthalt es eine Bodenplatte 556, eine zylindrische Seitenwand 55C und einen Deckel 55T mit ringförmigen, vakuumdichten Verbindung se lementen, C¹Ie eine bis zu einem gewissen Grade nachgiebige, vakuumdichte Verbindung zwischen dem *_SB. aus Metall bestehenden, starren Gehäusedeckel 55T und den vorzugsweise aus Keramik bestehenden Abschirmzylindern 29 her-

- S

stellen, velche sur Isolation rUsr Klemmen dienen.

Ira Betrieb könnan alle Betätigungsstangen 21 gleichzeitig in die öffnungsstallung zurückgezogen werden, dies ist jedoch nur in Ausnahmefallen vorgesehen. Normalerweise wird nur eine Betätigungsstange, z.B. die Betätigungsstange für das Kontaktstück lla zurückgezogen, so daS die Tauselplatte 4 dann um eine Achse schwenkt, die durch die Berührungspunkte der beiden anderen KontaktsStze mit den Kontaktstücken 11b und lic geht.

Der Schalter muß nicht unbedingt als dreibeinige Anordnung mit drei Klemmen ausgebildet sein* Es können vielmehr nur iwei äußere Anschlußklemmen vorhanden sein oder es können (aus Gründen der Normung und der Erleichterung des Anbringen» von Anschlüssen) drei Anschlußklemmen vorgesehen sein und die Kontakte der einen Kieme (z.B. durch eine Feder) dauernd geschlossen gehalten werden, was z.B. für Schaltungsanordnungen zweckmäßig sein kann, wie sie in Verbindung mit Fig. 3 end 4 beschrieben werden.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild für die eine Leitung eines Leitersystems mit einer Leiterschleife 31, 32, 33, wie es für eine unterirdische Verteilung der von einer Energiequelle 34 gelieferten elektrischen Energie verwendet werden kann. Jeder Abgriff, z.B. der Abgriff 35, von der Schleife zu einem Haus oder einem Transformator erfordert einen gleichartigen Schalter mit mindestens zwei Schaltetrecken, die einer gemeinsamen Klemme zugeordnet sind. Für jeden aolchen Abgriff kann ein Schalter mit drei Anschlußklemmen gemäß Fig. 2 oder ein Schalter mit zwei Unterbrechungsstrecken verwendet werden.

Fig. 4 zeigt, wie «in Schalter mit zwei oder drei Schaltstrecken und einara gemeinsamen Anschlu&punkt zum umschalten der durch ein Transformatorsymbol 43 versinnbildlichten elektrischen Energieversorgung eines Verbrauchers, wie eines Kranken hauses oder eines großen öffentlichen Gebäudes von einer normalerweise bevorzugten elektrischen Energiequelle 41 und einer zur Notstromversorgung dienenden Energiequelle 42 verwendet

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werden kann, unabhängig davon, ob die umschaltung automatisch (z.B. durch Messung der von der normalen Energiequelle abgegebenen Spannung) oder von Hand erfolgt, ist die Schaltetrecke 44 normalerweise geschlossen und die Schaltstrecke 45 normalerweise offen während beim Ausfall der Spannung von der bevorzugten Energiequelle 41 an Verbraucher oder an einem Punkt vor den Verbraucher, wenn eine automatische Rückrmschaltung gewünscht wird, die Schaltstrecke 44 geöffnet und die Schaltstreci <s 45 geschlossen ist.

Die Arbeitsweise eines Schalters des vorliegenden Typs soll anhand des Ausfuhrungsbeispieles gemäß Pig. 2 erläutert werden. Dabei sei angeno—n, daß die Kontaktstückpaare anfänglich all, geschlossen seien und daß das Kontaktstückpaar Ha-I 2 geöffnet werden soll. Wenn sich das Kontaktstück Ha zu Beginn des ÖffnungsVorganges in die geöffnete Stellung zu bewegen beginnt (die Trennstrecke zwischen den Kontaktstücken beträgt in geöffneten Zustand z.B. 6,3 mn) drehen sich die elektrisch leitende Taunelplatte 4 und alle mit ihr fest verbundenen Teile im wesentlichen um eine Linie, die durch die Berührungspunkte der KontaktstOcke 11b und Hc mit den zugehörigen festen Kontaktstücken geht. Die Produkte eines evtl. zwischen den Kontakt-Stücken 11a und 12 gesogenen Lichtbogens bewegen sich von den Kontaktstücken weg und kondensieren auf der zugehörigen Kondensatabschirnung 27.

Bei der angenommenen Arbeitsweise, bei der die Kontaktetücke Ha und 12 öffnen während die anderen Kontaktstuckpaare geschlossen toleiben, tritt ein Lichtbogen bevorzugt zwischen den Kontaktstücken Ha und 12 auf. Die zugehörige Abschirmung 27 ist durch die isolierende Abschirmung 29 elektrisch von allen anderen Stromquellen isoliert. Es tritt daher kein Lichtbogen-Überschlag zur metallischen Abschirmung 27 ein und es fließt durch diese auch kein Strom, da für einen Strom durch die Abschirmung 27 zwei in Reihe liegende Lichtbögen erforde.lieft wären. Bei der angenommenen Anordnung mit gleichen seitlichen Abständen (siehe Fig. 5) ergSben zwei Bögen In Reihe eine höhere brennspannung als der eine Bogen in der Trennstrecke und da

letzterer zuerst entsteht, können die beiden in Reihe liegenden Bögen nicht entstehen.

Die vorliegende Schalterkonstruktion hat also den Vorteil, daß nicht nur die Isolation zwischen den getrennten Kontaktstücken sondern auch die Isolation von Klemme zu Klemme (oder Leiter) und die Isolation zwischen den Kontaktstücken und Masse das Hochvakuum oder gewünschtenfalls ein anderes inertes Medium enthält. Der vorliegende Schalter kann also auch unter Wasser betrieben werden, wobei sich dann das Äußere des Schalters auf Masse befindet, und die elektrischen Anschlüsse können leicht mit nicht dargestellten konzentrischen neutralen Kabeln mit fester Isolation hergestellt werden, se daß das elektrische Feld vollständig eingeschlossen ist.

Der vorliegende Schalter ist außerdem vielseitig verwendbar und einfach im Aufbau, er hat zwei, drei oder mehrere Anschlüsse, die XUZS Schalten vor» Abzweigstroakreisen und Schleifenkreisen innerhalb einer gemeinsamen Vakuumkammer verwendet werden können.

Selbstverständlich sind auch noch andere möglich als die oben beschrieben worden sind. Bei gleichseitiger Betätigung der Betätigun<*8stangen arbeitet der Schalter mit mehreren, in Reihe geschalteten Trennstrecken und pro Gehäuseeinheit kann dann eine höhere Abschaltspannung erreicht 'ferden, insbesondere da beixa vorliegenden Schalter jeder Kontaktsatz durch die beachrii»bene innere Abschirmung von allen anderen KontaktsMtzen isoliert ist.

Claims (4)

· T -T JfNSPRUCHE

1.) Elektrischer Hochspannungsschalter, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Eine Außenbehälteranordnung (55B,55C,55T) die la. wesentlichen eine einzige, gegen die Umgebung geschützte Umecnließung bildet, die praktisch keine Luft enthält;

b) mehrere Kontaktsätze (Ha. .12;ilb,12/llc ,12) die in der Umschließung angeordnet sind und jeweils ein relativ stationäres und ein relativ bewegliches Kontaktstück aufweisen ;

c) mehrere, mindestens zum Teil isolierende Betätigungsstangen (21,25) zur voneinander unabhängigen Betätigung und Einstellung der beweglichen Kontaktstücke (Ha, lib, Lic) ;

d) ein mit allen beweglichen Kontaktatücken in elektrischer Verbindung stehendes inneres Verbindungsglied (4);

e) Anschlußklemmen, die jeweils einem der stationären Kontaktstücke (12) zugeordnet sind, und

f) eine ftnzahl von ALachirrnvorrichtungen (27) , die gegeneinander elektrisch isoliert sind und jeweils ein zugehöriges festes Kontaktstück (12) mit Abstand unigeben.

2.) Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das innere Verbindungsglied (4) plattenförmig ausgebildet ist und daß bewegliche Kontaktträgerglieder (26) vorgesehen sind, die die Betätigungsstangen (21) mit den beweglichen Kontaktstücken (Ha, Hb, lic) und <_it dem inneren Verbindungsglied aber Dnivereal~?elenke verbinden (Fig. 2).

3.) Hochspannungsschalter nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet , das die Universalgelenk Kugelgelenke sind und sich zwischen den Betätigungsstangen (21, 25) und den beweglichen Kontaktstücken (11a, 11b, lic) befinden.

4.) Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, 7 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Mehrweg-Vakuumschalter mit gemeinsamen verbindungspunht (4) ausgebildet ist und daß mindestens ein Teil der Kontaktsätze gegeneinander und jeder Koi> ^r>aktsats gegen alle ihn nicht A&rekt zugeordneten Anschlußkle-amenleiter (1, 2, 3, 51) sowie auch die Ar.schIuS-klesnenleitungen zum Teil gegeneinander durch die gemeinsame Vakuum! sols tion in dess gesseinsassn Gehäuse isoliert sind*