EP0022535B1 - Hochspannungs-Leistungsschalter - Google Patents
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- EP0022535B1 EP0022535B1 EP80103855A EP80103855A EP0022535B1 EP 0022535 B1 EP0022535 B1 EP 0022535B1 EP 80103855 A EP80103855 A EP 80103855A EP 80103855 A EP80103855 A EP 80103855A EP 0022535 B1 EP0022535 B1 EP 0022535B1
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- EP
- European Patent Office
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- high voltage
- voltage power
- power switch
- locking
- switch according
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/02—Details
- H01H33/04—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts
- H01H33/16—Impedances connected with contacts
- H01H33/166—Impedances connected with contacts the impedance being inserted only while closing the switch
Definitions
- the invention relates to a high-voltage circuit breaker according to the preamble of claim 1.
- damping resistors In the case of electrical circuit breakers for very high operating voltages, it is known to reduce the overvoltages that occur especially when switching on long, unloaded lines by using damping resistors.
- the damping resistances are parallel to the main switching sections. When switching on, the damping resistors (switch-on resistors) are switched on shortly before the main switching paths are closed by assigned auxiliary switching paths (isolating switches).
- the first task is to switch on the switch-on resistor, which is parallel to the main switching path, about 10 ms before the main switching paths are switched on by the auxiliary switching path.
- this second task can be solved by either switching off the auxiliary switching path automatically immediately after it has been switched on (regardless of whether there is already a switch-off command for the main switching path) or by keeping the auxiliary switching path closed at first and only in the course of an external switch-off switches off the switch in good time.
- a high-voltage circuit breaker in which the auxiliary switching path switches off again immediately after it has been switched on is known from DE-B2-21 08 915.
- the auxiliary switching point has a spring acting in the opening direction and is actuated by a crank via a rod with an elongated hole with a crank pin, the free path of which is limited depending on the position.
- This position-dependent releasable connection ensures that the auxiliary switching point is opened again immediately after the main switching point is closed, because the crank pulls the switching pin back after the extended position has been exceeded, and at the end of the pivoting movement the connection between the drive and the auxiliary switching point by unlocking the elongated hole is released so that the spring can bring the switching pin into the switch-off end position.
- the main control point remains closed regardless of this process.
- the auxiliary switching pin is carried by a spring and opens due to the overlap of the main switching path in front of it.
- the locking is released again by means of a fixed unlocking device. Since, on the one hand, the auxiliary switching pin forms a structural unit together with the insulating piece, the rod and, in addition, parts of the locking and unlocking device, the spring must be made relatively strong to absorb the acceleration and braking forces, which leads to similar difficulties, such as at the switch of DE-B2-21 08 915.
- the solution according to the invention is thus based on the second basic possible solution, in which the auxiliary switching path initially remains closed and only switches off in time when the switch is switched off from the outside.
- the auxiliary switching section is rigidly coupled to the main switching section via a lever system.
- the translation of this lever system on the one hand and the contact distances (and the contact strokes derived therefrom) of the main switching section and auxiliary switching section on the other hand are selected so that when the switch is switched on, contact is made earlier in the auxiliary switching section than in the main switching section.
- the spring acts in a completely different way than in the known switch, insofar as it does not contribute to the switch-off process, it can be made very small. Accordingly, the auxiliary switching path, in particular also the locking and unlocking device, can be implemented very easily and without additional insulating parts on the switching pin of the auxiliary switching path.
- a high-voltage circuit breaker is already known from FR-A1-23 09 028, in which an actuating rod is arranged displaceably within a tubular switching element of an auxiliary switching path, a locking device being provided between the rod and the switching element.
- this switch assumes fundamentally different conditions than the invention, in that the auxiliary switching path closes and opens after the main switching path.
- the rod is fully retracted into the tubular contact piece when switching on, so that a telescopic nesting is not possible in this phase. Rather, in this phase there is a positive connection without suspension between these parts, so that the total mass must be absorbed by the buffering of the counterpart.
- An embodiment of the invention provides that the locking device has at least one lever which is attached to the switching pin part which is in the form of a tube and which is connected to the drive lever and is connected to it by means of pivot pins and which engages in the locking position in at least one catch on the other tube, and that the unlocking device has at least one conical stop or a conical ramp surface which swivels the lever into the unlocked position.
- a further embodiment of the invention provides that the locking device has at least one radially preloaded cam which is fixedly connected to the tube facing the mating contact and which interacts with at least one catch on the other tube.
- the tube has longitudinal slots in the locking area for radial prestressing of the cam, which enable elastic deformation.
- the switching pin part itself is designed in a very advantageous manner as a radially preloaded element, which enables a very simple design of the locking device with few parts.
- the end face of the switching pin is convex and the opposite part of the counter contact is concave.
- the radius of the end face of the switching pin is somewhat smaller than that of the opposite part of the mating contact.
- the locking device has at least one locking element which is arranged axially positively and radially pivotable on the switching pin part which is designed as a tube and which is assigned to the drive lever and that the switching pin part which is designed as a tube and has a latching element behind the counter contact which engages the locking element in the locked state and that the locking element has a first nose which interacts with the locking element in the unlocked position as the movement limiting the switching pin part stop and a second nose which cooperates with the locking element in the locked position as a driver.
- this configuration of the locking device can also be used independently of the switches described above. With this configuration, a locking device is created which is very simple and light in construction and nevertheless in any case meets the operating requirements, the switching reliability being improved and the wear reduced, i. H. the possible switching numbers are increased. In particular, the simple switching pin has small moving masses.
- the switching pin part which is designed as a tube and faces the counter contact, is arranged telescopically on a tube.
- This arrangement provides a simple possibility of guiding the switching pin part, in which a spring which moves the switching pin part can be arranged in the interior of the tube.
- Another embodiment of the invention provides that a plurality of locking elements are provided, which are segments of a longitudinally slotted, essentially tubular structure. With this configuration, a symmetrical arrangement is possible, which results in very advantageous load conditions.
- a further embodiment of the invention provides that a ramp arranged in the path of movement of the locking element is provided between the lugs of the locking element, so that the locking element can be moved radially outward from the locking element.
- the switching pin part which is designed as a tube, has an annular bead on which the locking elements are arranged so as to be radially movable but axially positively with a correspondingly shaped recess.
- This configuration contains a connection between the tube and the locking elements that is simple in construction and manufacture and is very reliable.
- Another embodiment provides that the recess is arranged adjacent to the second nose.
- the locking elements are resiliently biased in the radial direction. According to a further embodiment, this pretension is expediently applied by a toroidal spring which is arranged in recesses in the locking elements.
- the locking elements have an additional ramp, the movement path of which runs over a stop from which the locking elements are moved radially out of their locking position.
- a groove is provided at this end in which a steel ring holding the locking elements is arranged.
- a control element is arranged according to another embodiment of the invention, which has a control curve which, for. B. is designed by means of ramps so that a radial movement of the locking elements is only possible in certain desired positions.
- the control element is expediently ring-shaped, which results in a uniform load.
- the stop surrounds the switching pin part designed as a tube and assigned to the drive lever in a ring.
- a stop 26 is provided on the mating contact 32 in order to limit the stroke of the switching pin part 24b immediately after the auxiliary switching path 20 contacts.
- This stop 26 for the switching pin part 24b has a buffer 28 for absorbing the kinetic energy of the switching pin part 24b.
- the buffer 28 suitably consists of an elastic plastic, in particular polyurethane ( Figures 1, 2).
- the switching pin can advantageously also be buffered pneumatically (FIGS. 3, 3a).
- the end face of the switching pin part 27b ' is convex and the corresponding opposite part of the mating contact 32' is concave.
- the radius of curvature of the switching pin part 27b ' is larger than that of the mating contact 32', whereby an optimal buffering is achieved by the air cushion being formed.
- the radius of curvature of the end face of the switching pin part 27b "in the embodiment shown in FIG. 3a is" conversely somewhat smaller than that of the opposite part of the mating contact 32 ".
- Appropriate coordination of the radii of curvature in the range given by these limit cases enables good buffering with good contacting at the same time.
- Locking device 60 is provided, which in the switched-on position locks the pushed-together switching pin parts together.
- the locking device 60 shown in FIG. 2 it has at least one radially preloaded cam 62 which is fixedly connected to the switching pin part 24b facing the counter-contact 32 and which interacts with at least one catch 64 provided on the switching pin part 24a.
- the switching pin part 24b has longitudinal slots 66 in the locking area (only shown in FIG. 2b), which allow an elastic deformation of the switching pin part 24b in the locking area.
- this has a plurality of levers 52 which are connected to the shift pin part 24a assigned to the drive lever and which, in the locked position, engage in at least one catch 55 provided on the shift pin part 24b.
- a conical stop 82a (82 in FIGS. 1 and 2) is again provided which pivots the lever 52 outwards via a corresponding counter surface formed on the lever 52 so that it releases the detent 55.
- the double-armed lever 65b has a conical counter surface which cooperates with the conical surface of the stop 82b, so that the lever 65b is pivoted counterclockwise when it hits the stop 82b, so that the catch 64b den Releases cam 62 and thereby releases the unlocking.
- the basic mode of operation of the high-voltage circuit breaker is described below.
- the main switching section 10 and the auxiliary switching section 20 are open.
- the switching pin 12 of the main switching section and the switching pin 24 of the auxiliary switching section are actuated via the insulating rod 6 and the lever system 40.
- the switching pin 24 strikes the stop 26 which limits the switching pin, as a result of which the two switching pin parts 24a, 24b are pushed together by the further moving drive part and the spring 25 is simultaneously tensioned.
- the locking device 60 is actuated, as a result of which the two switching pin parts 24a, 24b are locked together in the pushed-together position.
- the auxiliary switching path 20 remains in this state as long as the switch remains switched on.
- the lever system 40 moves the switching pin 24 of the auxiliary switching path 20 - shortened in its effective length - simultaneously with the movement of the switching pin 12 of the main switching path into the switch-off position.
- the contact separation of the auxiliary switching path 20 occurs earlier than in the main switching path, as a result of which the current path of the on-resistance (30) is cut in time.
- the locked switching pin parts 24a, 24b are unlocked with the aid of the unlocking device 80 and the spring 25 relaxes, as a result of which the switching pin parts 24a, 24b are moved apart again.
- the switch is then ready for activation.
- the locking device shown in FIGS. 4 to 6 has at least one locking element 92, which is radially movably connected to a part 116 assigned to the drive lever of the switch (not shown). The connection is made in a manner shown below.
- the switching pin part 96 facing the mating contact 98 has a latching element 100, behind which the locking element 92 engages in the locked state.
- the locking element 92 has a first nose 112, which cooperates with the locking element 100 of the switching pin part 96 in the unlocked position as a stop, and a second nose 114, which cooperates with the locking element 100 in the locked position as a driver.
- a plurality of locking elements 92 are expediently provided, which are parts of a longitudinally slotted structure with an essentially tubular shape.
- the locking element 92 is connected to the tubular part 116 which is moved axially by the drive lever (not shown) of the switch.
- the tubular part 116 has an outwardly directed annular bead 120 on which the locking elements 92 are arranged with a correspondingly shaped recess 122 so as to be radially movable but axially form-fitting.
- the recess 122 is arranged adjacent to the nose 114 of the locking element 92 and has an essentially U-shaped shape. Adjacent to the recess 122 there is a further recess 126 pointing outwards.
- a toroidal spring 124 is arranged in this recess in order to generate a radial prestress.
- An additional ramp 128 adjoins the recess 126, the movement path of which runs over a fixed stop 130, by which the locking elements 92 are moved radially out of their locking position.
- the ramp 128 is inclined outwards, so that between the tubular part 116 and the ramp 128 a wedge pointing in the switch-on direction is formed, into which the fixed tubular stopper 130 penetrates during the return in order to move the locking element out of its locking position.
- the locking elements 92 have a groove 132 at their end facing the mating contact 98, in which a steel ring 134 holding them together is arranged.
- a control element 136 is arranged which has a control cam 138 which is designed in such a way that such a movement is only possible in the region of the positions in which a radial movement of the locking element 92 is desired.
- the control element 136 has ramps 138a, 138b which, when the locking device moves, press the locking elements 92 inwards into their locking position.
- the control element 136 expediently has the shape of a circumferential ring.
- the switching pin part can be arranged to slide telescopically on a tube 94.
- This tube 94 expediently simultaneously forms a sleeve for a spring 140 arranged in its interior, which protrudes into the expediently tubular switching pin plate 96 and which serves to move this switching pin part 96 and is also expediently used for carrying the current.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Leistungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Bei elektrischen Leistungsschaltern für sehr hohe Betriebsspannungen ist es bekannt, die vor allem beim Einschalten langer unbelasteter Leitungen entstehenden Überspannungen durch den Einsatz von Dämpfungswiderständen zu verringern. Die Dämpfungswiderstände liegen dabei parallel zu den Hauptschaltstrecken. Beim Einschalten werden die Dämpfungswiderstände (Einschalt-Widerstände) kurz vor dem Schließen der Hauptschaltstrecken durch zugeordnete Hilfsschaltstrecken (Trennschalter) zugeschaltet.
- Durch die Einschaltung über Widerstände wird erreicht, daß die über den Leistungsschalter einzuschaltende lange Leitung vorübergehend erst über einen entsprechend dimensionierten Widerstand an Spannung gelegt wird, bis die Hauptschaltstrecken die endgültige Einschaltung vollzogen haben. Andererseits kann im offenen Zustand des Leistungsschalters durch den Widerstands-Stromkreis kein Strom fließen, da dieser durch die Trennschalter unterbrochen ist. Das volle Isoliervermögen des Schalters bleibt dadurch erhalten.
- Bei derartigen Hochspannungsschaltern mit Einschalt-Widerständen besteht zunächst die Aufgabe, daß der parallel zur Hauptschaltstrecke liegende Einschalt-Widerstand etwa 10 ms vor dem Einschalten der Hauptschaltstrekken durch die Hilfsschaltstrecke eingeschaltet wird. Bei einer nachfolgenden Ausschaltung des Schalters muß andererseits sichergestellt sein, daß die Widerstands-Strombahn rechtzeitig vor dem Trennen der Hauptkontakte ausgeschaltet wird. Diese zweite Aufgabe kann grundsätzlich gelöst werden, indem entweder sofort nach der vollzogenen Einschaltung die Hilfsschaltstrecke selbständig wieder ausschaltet (unabhängig davon, ob bereits ein Ausschaltkommando für die Hauptschaltstrecke vorliegt) oder indem man die Hilfsschaltstrecke zunächst geschlossen hält und erst im Zuge einer von außen eingeleiteten Ausschaltung des Schalters zeitgerecht ausschaltet.
- Ein Hochspannungs-Leistungsschalter, bei dem die Hilfsschaltstrecke sofort nach der vollzogenen Einschaltung selbständig wieder ausschaltet, ist aus der DE-B2-21 08 915 bekannt. Bei diesem Hochspannungs-Leistungsschalter weist die Hilfsschaltstelle eine in Ausschaltrichtung wirkende Feder auf und wird von einer Kurbel über eine Stange mit einem Langloch mit einem Kurbelzapfen betätigt, dessen freier Weg stellungsabhängig begrenzt ist. Durch diese stellungsabhängig lösbare Verbindung wird erreicht, daß nach dem Schließen der Hauptschaltstelle die Hilfsschaltstelle unmittelbar wieder geöffnet wird, weil die Kurbel den Schaltstift nach Überschreiten der Strecklage wieder zurückzieht, und am Ende der Schwenkbewegung die Verbindung zwischen dem Antrieb und der Hilfsschaltstelle durch Entriegelung des Langlochs gelöst wird, so daß die Feder den Schaltstift in die Ausschalt-Endlage bringen kann. Die Hauptschaltstelle bleibt unabhängig von diesem Vorgang geschlossen.
- Probleme können sich bei diesem Prinzip der Bewegung der Hilfsschaltstrecke bei solchen Schaltvorgängen ergeben, bei denen unmittelbar nach dem Einschalten wieder ausgeschaltet werden muß. In diesem Fall muß nämlich die den Schaltstift zurückbewegende Feder verhältnismäßig stark dimensioniert werden, damit gewährleistet ist, daß die elektrische Festigkeit der Hilfsschaltstrecke stets deutlich größer ist als die der Hauptschaltstrecke, denn der bewegte Kontakt der Haupschaltstrecke erfährt eine große Beschleunigung. Bei einer derartigen starken Feder muß die Verriegelungseinrichtung den hohen Federkräften entsprechend dimensioniert sein bzw. bereitet die Entriegelung wegen der hohen Federkräfte Schwierigkeiten, wodurch es zu Störungen bei der Ausschaltung des Hilfswiderstandes kommen kann.
- Aus der CH-A5-579819 ist auch bereits ein Hochspannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art bekannt, bei dem nach dem Einschalten die Hilfsschaltstrecke zunächst geschlossen bleibt und erst im Zuge einer über den gemeinsamen Antrieb eingeleiteten Ausschaltung die Hilfsschaltstrecke zeitgerecht, d. h. rechtzeitig vor dem Hauptschalter ausschaltet. Erreicht wird das bei diesem Schalter dadurch, daß der Schaltstift der Hilfsschaltstrecke über ein Isolierstück mit einer Stange verbunden ist, die in einem mit dem Schaltstift der Hauptschaltstrecke starr verbundenen Träger axial verschiebbar gelagert ist, wobei zwischen dem Träger und der Stange eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist, die bei eingeschaltetem Hilfsschalter die Stange und damit den Hilfsschaltstift mit dem Hauptschaltstift verriegelt. Bei der nachfolgenden Ausschaltbewegung, die über den Hauptschaltstift eingeleitet wird, wird der Hilfsschaltstift über eine Feder mitgenommen und öffnet infolge Überdeckung der Hauptschaltstrecke vor dieser. Am Ende der Ausschaltbewegung wird die Verriegelung mittels einer feststehenden Entriegelungseinrichtung wieder aufgehoben. Da einerseits bei diesem Schalter der Hilfsschaltstift zusammen mit dem Isolierstück, der Stange und darüber hinaus Teilen der Ver- und Entriegelungseinrichtung eine bauliche Einheit bildet, muß zur Aufnahme der Beschleunigungs-und Bremskräfte die Feder relativ stark ausgeführt werden, was zu ähnlichen Schwierigkeiten führt, wie bei dem Schalter der DE-B2-21 08 915.
- Da der am feststehenden Gegenschaltstück des Hilfsschalters beim Einschalten aufschlagende Hilfsschaltstift andererseits eine große Masse bildet, muß dort auch eine entsprechend stark dimensionierte Pufferung vorgesehen sein.
- Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Hochspannungs-Leistungsschalter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß starke Federn und entsprechend dimensionierte Entriegelungsmechanismen auf konstruktiv und betriebstechnisch einfache Weise vermieden werden.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Anspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.
- Die erfindungsgemäße Lösung geht somit von der zweiten grundsätzlichen Lösungsmöglichkeit aus, bei der die Hilfsschaltstrecke zunächst geschlossen bleibt und erst im Zuge einer von außen eingeleiteten Ausschaltung des Schalters zeitgerecht ausschaltet. Die Hilfsschaltstrecke ist dabei über ein Hebelsystem mit der Hauptschaltstrecke starr gekoppelt. Die Übersetzung dieses Hebelsystems einerseits sowie die Kontaktabstände (und daraus abgeleitet die Kontakthübe) von Hauptschaltstrecke und Hilfsschaltstrecke andererseits sind so gewählt, daß bei einer Einschaltung die Kontaktberührung in der Hilfsschaltstrecke früher erfolgt als in der Hauptschaltstrecke. Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Vorteile eines mechanisch starr festgelegten Einschaltvorganges bei gleichzeitiger großer Einfachheit der Einschaltmechanik erreicht.
- Da bei der erfindungsgemäßen Lösung die Feder in ganz anderer Weise wirkt als bei dem bekannten Schalter, insofern, als sie zum Ausschaltvorgang nicht beiträgt, kann sie sehr klein dimensioniert werden. Entsprechend kann auch die Hilfsschaltstrecke, insbesondere auch die Ver- und Entriegelungseinrichtung sehr leicht und ohne zusätzliche isolierende Teile am Schaltstift der Hilfsschaltstrecke ausgeführt werden.
- Aus der FR-A1-23 09 028 ist zwar bereits ein Hochspannungs- Leistungsschalter bekannt, bei dem eine Betätigungsstange innerhalb eines rohrförmigen Schaltstückes einer Hilfsschaltstrecke verschiebbar angeordnet ist, wobei zwischen der Stange und dem Schaltstück eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen ist. Dieser Schalter geht jedoch insofern von grundsätzlich anderen Verhältnissen aus als die Erfindung, als bei ihm die Hilfsschaltstrecke jeweils nach der Hauptschaltstrecke schließt und öffnet. Darüber hinaus ist beim Einschaltvorgang die Stange vollständig in das rohrförmige Schaltstück eingefahren, so daß ein teleskopartiges Ineinanderschieben in dieser Phase nicht möglich ist. Es besteht in dieser Phase vielmehr eine formschlüssige Verbindung ohne Federung zwischen diesen Teilen, so daß die Gesamtmasse von der Pufferung des Gegenschaltstückes abgefangen werden muß.
- Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Verriegelungseinrichtung zumindest einen Hebel aufweist, der an dem dem Antriebshebel zugeordneten, als Rohr ausgebildeten Schaltstiftteil angebracht und mit diesem über Drehzapfen verbunden ist und der in der Verriegelungsposition in zumindest eine Raste an dem anderen Rohr eingreift, und dass die Entriegelungseinrichtung zumindest einen konischen Anschlag oder eine konische Auflauffläche aufweist, der oder die den Hebel in Entriegelungsstellung schwenkt. Mit dieser Ausgestaltung wird eine einfache und betriebssichere Ver- und Entriegelungseinrichtung geschaffen.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verriegelungseinrichtung zumindest einen radial vorgespannten Nocken aufweist, der mit dem dem Gegenkontakt zugekehrten Rohr fest verbunden ist und der mit zumindest einer Raste am anderen Rohr zusammenwirkt. Zur radialen Vorspannung des Nockens weist das Rohr gemäss einer weiteren Ausgestaltung im Verriegelungsbereich Längsschlitze auf, die eine elastische Verformung ermöglichen. Bei diesen Ausgestaltungen wird in sehr vorteilhafter Weise das Schaltstiftteil selbst als radial vorgespanntes Element ausgebildet, wodurch eine sehr einfache Gestaltung der Verriegelungseinrichtung mit wenig Teilen ermöglicht wird.
- Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Stirnfläche des Schaltstiftes konvex und der gegenüberliegende Teil des Gegenkontaktes konkav ausgeführt ist. Insbesondere ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Radius der Stirnfläche des Schaltstiftes etwas geringer als der des gegenüberliegenden Teils des Gegenkontaktes. Mit einer Variierung der Radien der Stirnfläche des Schaltstiftes bzw. des Gegenkontaktes können die Berührungsverhältnisse dieser Kontakte und damit die Pufferung zweckmäßig eingestellt werden.
- Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinrichtung zumindest ein Verriegelungselement aufweist, das an dem dem Antriebshebel zugeordneten, als Rohr ausgebildeten Schaltstiftteil axial formschlüssig und radial verschwenkbar angeordnet ist dass der dem Gegenkontakt zugewandte, als Rohr ausgebildete Schaltstiftteil ein Rastelement aufweist, hinter das das Verriegelungselement im verriegelten Zustand greift und dass das Verriegelungselement eine erste Nase aufweist, die mit dem Rastelement in der entriegelten Stellung als die Bewegung des Schaltstiftteils begrenzender Anschlag zusammenwirkt und eine zweite Nase, die mit dem Rastelement in der verriegelten Stellung als Mitnehmer zusammenwirkt. Diese Ausgestaltung der Verriegelungseinrichtung kann erfindungsgemäss auch unabhängig von der vorstehend beschriebenen Schaltern verwendet werden. Mit dieser Ausgestaltung wird eine Verriegelungseinrichtung geschaffen, die sehr einfach und leicht im Aufbau ist und trotzdem in jedem Falle den Betriebsanforderungen genügt, wobei die Schaltsicherheit verbessert und der Verschleiss verringert, d. h. die möglichen Schaltzahlen erhöht werden. Insbesondere weist der einfache Schaltstift kleine bewegte Massen auf.
- Gemäss einer Ausgestaltung dieser Erfindung ist vorgesehen, dass der dem Gegenkontakt zugewandte, als Rohr ausgebildete Schaltstiftteil teleskopartig auf einem Rohr angeordnet ist. Mit dieser Anordnung wird eine einfache Möglichkeit der Führung des Schaltstiftteils geschaffen, bei der im Inneren des Rohres eine das Schaltstiftteil bewegende Feder geführt angeordnet werden kann.
- Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Verriegelungselemente vorgesehen sind, die Segmente eines längsgeschlitzten, im wesentlichen rohrförmigen Gebildes sind. Bei dieser Ausgestaltung ist eine symmetrische Anordnung möglich, die sehr vorteilhafte Belastungsverhältnisse ergibt.
- Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen den Nasen des Verriegelungselementes eine in der Bewegungsbahn des Rastelementes angeordnete Rampe vorgesehen ist, so dass das Verriegelungselement vom Rastelement radial nach aussen bewegbar ist.
- Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das als Rohr ausgebildete Schaltstiftteil eine Ringwulst aufweist, auf der die Verriegelungselemente mit einer entsprechend geformten Ausnehmung radial bewegbar aber axial formschlüssig angeordnet sind. Diese Ausgestaltung enthält eine in Aufbau und der Herstellung einfache und sehr funktionssichere Verbindung zwischen dem Rohr und den Verriegeiungsetementen.
- Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Ausnehmung angrenzend an die zweite Nase angeordnet ist.
- Gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungselemente in radialer Richtung federnd vorgespannt sind. In zweckmässiger Weise wird gemäss einer weiteren Ausgestaltung diese Vorspannung durch eine Toroid-Feder aufgebracht, die in Ausnehmungen der Verriegelungselemente angeordnet ist.
- Gemäss einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verriegelungselemente eine zusätzliche Rampe aufweisen, deren Bewegungsbahn über einen Anschlag verläuft, von dem die Verriegelungselemente radial aus ihrer Verriegelungsstellung bewegt werden.
- Um die Verriegelungselemente an ihrem dem Gegenkontakt zugewandten Ende zusammenzuhalten, ist gemäss einer Ausgestaltung an diesem Ende eine Nut vorgesehen, in der ein die Verriegelungselemente zusammenhaltender Stahlring angeordnet ist.
- Entlang der Bewegungsbahn der Verriegelungselemente ist nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ein Steuerelement angeordnet, welches eine Steuerkurve aufweist, die z. B. mittels Rampen, so gestaltet ist, dass eine radiale Bewegung der Verriegelungselemente nur in bestimmten gewünschten Stellungen möglich ist. Zweckmässig ist das Steuerelement ringförmig ausgebildet, wodurch sich eine gleichmässige Belastung ergibt.
- Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umgibt der Anschlag das als Rohr ausgebildete und dem Antriebshebel zugeordnete Schaltstiftteil ringförmig.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben :
- Es zeigt :
- Figur 1 einen Hochspannungs-Leistungsschalter mit Hilfsschaltstrecke, wobei nur eine Hälfte eines Doppelschaltkopfes dargestellt ist ;
- Figur 2 eine Hilfsschaltstrecke mit Ver- und Entriegelungseinrichtung ;
- Figur 2a eine Ver- und Entriegelungseinrichtung ;
- Figur 2b eine andere Ausgestaltung einer Ver-und Entriegelungseinrichtung ;
- Figur 3 eine Teilansicht des Schaltstiftes und des Gegenschaltstückes mit pneumatischer Pufferung ;
- Figur 3a eine andere Ausgestaltung des Schaltstiftes und des Gegenschaltstückes mit pneumatischer Pufferung ;
- Figur 4 eine Teilansicht einer anderen Ver-und Entriegelungseinrichtung im Schnitt in der Vorlaufstellung ;
- Figur 5 die Ver- und Entriegelungseinrichtung der Figur 4 in der Verriegelungsstellung ;
- Figur 6 die Ver- und Entriegelungseinrichtung der Figur 4 in der Entriegelungsstellung.
- Im folgenden ist zunächst auf die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen.
- Ein Schaltstift 24 der Hilfsschaltstrecke 20, die mit einem Einschaltwiderstand (30) im Reihe liegt, weist zumindest zwei gegen die Kraft einer Feder 25 teleskopartig ineinander verschiebbare Schaltstiftteile 24a, 24b auf ; diese Schaltstiftteile 24a, 24b sind in vorteilhafter Weise rohrförmig ausgebildet. Ein Anschlag 26 ist am Gegenkontakt 32 vorgesehen, um unmittelbar nach der Kontaktberührung der Hilfsschaltstrecke 20 den Hub des Schaltstiftteiles 24b zu begrenzen. Dieser Anschlag 26 für den Schaltstiftteil 24b weist zur Absorbierung der Bewegungsenergie des Schaltstiftteiles 24b einen Puffer 28 auf. Der Puffer 28 besteht zweckmässig aus einem elastischen Kunststoff, insbesondere Polyurethan (Figuren 1, 2).
- Die Pufferung des Schaltstiftes kann in vorteilhafter Weise auch pneumatisch erfolgen (Fig. 3, 3a). Zu diesem Zweck ist die Stirnfläche des Schaltstiftteiles 27b' konvex und der entsprechende gegenüberliegende Teil des Gegenkontaktes 32' konkav ausgeführt. In Figur 3 ist der Krümmungsradius des Schaltstiftteiles 27b' grösser als der des Gegenkontaktes 32', wodurch durch das sich ausbildende Luftpolster eine optimale Pufferung erzielt wird. Um eine noch bessere Kontaktierung zu ermöglichen, ist bei der in Figur 3a dargestellten Ausgestaltung der Krümmungsradius der Stirnfläche des Schaltstiftteiles 27b" umgekehrt etwas geringer als der des gegenüberliegenden Teiles des Gegenkontaktes 32". Durch entsprechende Abstimmung der Krümmungsradien in dem durch diese Grenzfälle gegebenen Bereich ist eine gute Pufferung bei gleichzeitiger guter Kontaktierung möglich.
- Zwischen den Schaltstiftteilen 24a, 24b ist eine Verriegelungseinrichtung 60 vorgesehen, die in der Einschaltstellung die zusammengeschobenen Schaltstiftteile miteinander verriegelt.
- Bei der in Figur 2 dargestellten Verriegelungseinrichtung 60 weist diese zumindest einen radial vorgespannten Nocken 62 auf, der mit dem dem Gegenkontakt 32 zugekehrten Schaltstiftteil 24b fest verbunden ist und der mit zumindest einer am Schaltstiftteil 24a vorgesehenen Raste 64 zusammenwirkt. Zur radialen Vorspannung des Nockens 62 weist der Schaltstiftteil 24b im Verriegelungsbereich Längsschlitze 66 (nur in Fig. 2b dargestellt) auf, die eine elastische Verformung des Schaltstiftteiles 24b im Verriegelungsbereich ermöglichen.
- Bei einer anderen Verriegelungseinrichtung 60a (Fig. 2a) weist diese mehrere Hebel 52 auf, die mit dem dem Antriebshebel zugeordneten Schaltstiftteil 24a verbunden sind und die in der Verriegelungsposition in zumindest eine am Schaltstiftteil 24b vorgesehene Raste 55 eingreifen.
- Bei der in Figur 2a dargestellten Entriegelungseinrichtung 80a (80 in Fig. 1 und 2) ist wiederum ein konischer Anschlag 82a (82 in Fig. 1 und 2) vorgesehen, der über eine entsprechende, am Hebel 52 ausgebildete Gegenfläche den Hebel 52 nach aussen verschwenkt, so dass dieser die Raste 55 freigibt.
- Bei der in Figur 2b dargestellten Entriegelungseinrichtung 80b weist der doppelarmige Hebel 65b eine konische Gegenfläche auf, die mit der konischen Fläche des Anschlages 82b zusammenwirkt, so dass der Hebel 65b beim Auftreffen auf den Anschlag 82b im Gegenuhrzeigersinn geschwenkt wird, so dass die Raste 64b den Nocken 62 freigibt und dadurch die Entriegelung aufhebt.
- Im folgenden ist die grundsätzliche Arbeitsweise des Hochspannungs-Leistungsschalters beschrieben. In der Ausschaltstellung sind die Hauptschaltstrecke 10 und die Hilfsschaltstrecke 20 geöffnet. Zum Einschalten wird über die Isolierstange 6 und das Hebelsystem 40 der Schaltstift 12 der Hauptschaltstrecke und der Schaltstift 24 der Hilfsschaltstrecke betätigt.
- Unmittelbar nach der Kontaktberührung der Hilfsschaltstrecke 20 schlägt deren Schaltstift 24 auf den den Schaltstift hubbegrenzenden Anschlag 26, wodurch die beiden Schaltstiftteile 24a, 24b vom sich weiter bewegenden Antriebsteil zusammengeschoben werden und wobei gleichzeitig die Feder 25 gespannt wird. Wenn auch die Hauptschaltstrecke die Einschaltung vollzogen hat und das gesamte Antriebssystem zur Ruhe gekommen ist, wird die Verriegelungseinrichtung 60 betätigt, wodurch die beiden Schaltstiftteile 24a, 24b in der zusammengeschobenen Position miteinander verriegelt werden. In diesem Zustand verharrt die Hilfsschaltstrecke 20, solange der Schalter eingeschaltet bleibt.
- Bei einer Ausschaltung des Schalters bewegt das Hebelsystem 40 den - in seiner wirksamen Länge verkürzten - Schaltstift 24 der Hilfsschaltstrecke 20 gleichzeitig mit der Bewegung des Schaltstiftes 12 der Hauptschaltstrecke in die Ausschaltstellung. Hierbei tritt die Kontakttrennung der Hilfsschaltstrecke 20 früher auf als in der Hauptschaltstrecke, wodurch die Strombahn des Einschaltwiderstandes (30) zeitgerecht aufgetrennt wird.
- Am Ende der Ausschaltbewegung werden die verriegelten Schaltstiftteile 24a, 24b mit Hilfe der Entriegelungseinrichtung 80 entriegelt und die Feder 25 entspannt sich, wodurch die Schaltstiftteile 24a, 24b wieder auseinanderbewegt werden. Danach ist der Schalter für eine Einschaltung vorbereitet.
- Die in den Figuren 4 bis 6 dargestellte Verriegelungseinrichtung weist zumindest ein Verriegelungselement 92 auf, das mit einem dem Antriebshebel des Schalters (nicht dargestellt) zugeordneten Teil 116 radial bewegbar verbunden ist. Die Verbindung erfolgt dabei in einer weiter unten dargestellten Weise. Der dem Gegenkontakt 98 zugewandte Schaltstiftteil 96 weist ein Rastelement 100 auf, hinter das das Verriegelungselement 92 im verriegelten Zustand greift. Das Verriegelungselement 92 besitzt eine erste Nase 112, die mit dem Rastelement 100 des Schaltstiftteiles 96 in der entriegelten Stellung als Anschlag zusammenwirkt, und eine zweite Nase 114, die mit dem Rastelement 100 in der verriegelten Stellung als Mitnehmer zusammenwirkt. Zweckmässig sind mehrere Verriegelungselemente 92 vorgesehen, die Teile eines längsgeschlitzten Gebildes mit im wesentlichen rohrförmiger Gestalt sind.
- Das Verriegelungselement 92 ist mit dem rohrförmigen Teil 116 verbunden, das von dem (nicht dargestellten) Antriebshebel des Schalters axial bewegt wird.
- Das rohrförmige Teil 116 weist einen nach aussen gerichteten Ringwulst 120 auf, auf dem die Verriegelungselemente 92 mit einer entsprechend geformten Ausnehmung 122 radial bewegbar aber axial formschlüssig angeordnet sind. Die Ausnehmung 122 ist dabei angrenzend an die Nase 114 des Verriegelungselementes 92 angeordnet und hat im wesentlichen U-förmige Gestalt. Anschliessend an die Ausnehmung 122 ist eine nach aussen weisende weitere Ausnehmung 126 vorgesehen. Jn dieser Ausnehmung ist zur Erzeugung einer radialen Vorspannung eine Toroid-Feder 124 angeordnet. An die Ausnehmung 126 schliesst sich eine zusätzliche Rampe 128 an, deren Bewegungsbahn über einen festen Anschlag 130 läuft, von dem die Verriegelungselemente 92 radial aus ihrer Verriegelungsstellung bewegt werden. Die Rampe 128 ist nach aussen geneigt, so dass zwischen dem rohrförmigen Teil 116 und der Rampe 128 ein in Einschaltrichtung weisender Keil gebildet wird, in die der feststehende rohrförmige Anschlag 130 beim Rücklauf eindringt, um das Verriegelungselement aus seiner Verriegelungsstellung zu bewegen. Die Verriegelungselemente 92 weisen an ihrem dem Gegenkontakt 98 zugewandten Ende eine Nut 132 auf, in der ein sie zusammenhaltender Stahlring 134 angeordnet ist.
- Neben der Bewegungsbahn des Verriegelungselementes 92 ist ein Steuerelement 136 angeordnet, welches eine Steuerkurve 138 aufweist, die so gestaltet ist, dass nur im Bereich der Positionen, bei denen eine radiale Bewegung des Verriegelungselementes 92 erwünscht ist, eine solche Bewegung auch ermöglicht wird. Das Steuerelement 136 weist zu diesem Zweck Rampen 138a, 138b auf, die bei der Bewegung der Verriegelungseinrichtung die Verriegelungselemente 92 in ihre Verriegelungsposition nach innen drücken. Für den Fall mehrerer Verriegelungselemente 92 hat das Steuerelement 136 zweckmässig die Form eines umlaufenden Ringes.
- Der Schaltstiftteil kann gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung auf einem Rohr 94 teleskopartig gleitbar angeordnet sind. Dieses Rohr 94 bildet zweckmässig gleichzeitig eine Hülse für eine in ihrem Innern angeordnete Feder 140, die in den zweckmässig rohrförmig ausgebildeten Schaltstifttell 96 hineinragt und die zur Bewegung dieses Schaltstiftteils 96 dient und zweckmässig auch zur Stromführung verwendet wird.
- Nachfolgend ist die Arbeitsweise der Verriegelungseinrichtung beschrieben. Ausgehend von der in Figur 4 dargestellten Vorlaufstellung, bei der der Schaltstiftteil 96 gerade den Gegenkontakt 98 berührt, werden im Verlauf der weiteren Einschattbewegung das rohrförmige Teil 116 und somit die Verriegelungselemente 92 in Richtung auf den Gegenkontakt 98 bewegt. Wenn infolgedessen der Schaltstifttell 96 hinreichend weit eingetaucht ist, drückt das Rastelement 100 gegen die Rampe 118 und damit das Verriegelungselement 92 entgegen der Federkraft der Toroid-Feder 124 nach aussen und rastet dann hinter der Nase 114 ein. Diese Verriegelungsstellung ist in Figur 5 dargestellt.
- Bei der Ausschaltung werden das rohrförmige Teil 116 mit den Verriegelungselementen 92 in umgekehrter Richtung bewegt. Nach Zurücklegen eines bestimmten Weges läuft die Rampe 128 gegen den Anschlag 130 auf und wird von diesem radial nach aussen gedrückt. Diese Stellung ist in Figur 6 dargestellt. Dabei wird die Nase 114 des Verriegelungselementes 92 aus der Bewegungsbahn des Rastelementes 100 am Schaltstiftteil 96 bewegt. Infotgedessen wird der Schaltstiftteil 96 von der Feder 140 in Richtung « EIN gedrückt, bis das Rastelement 100 gegen die Nase 112 des Verriegelungselementes 92 stösst. Diese Stellung ist in Figur 6 in gestrichelten Linien dargestellt. Sie bildet die Ausgangsstellung für einen neuen Einschaltvorgang.
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