EP0066533B1

EP0066533B1 - Trennschalter für Hochspannungsanlagen

Info

Publication number: EP0066533B1
Application number: EP82730051A
Authority: EP
Inventors: Werner Ing. Grad. Gruner; Sreenivasan Sampath Kumar
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-06-02
Filing date: 1982-05-04
Publication date: 1986-12-03
Also published as: SU1122239A3; EP0066533A2; EP0066533A3; DE3274595D1; DE3122442A1; JPH0113182B2; US4445014A; JPS57210527A

Description

Die Erfindung betrifft einen Trennschalter für Hochspannungsschaltanlagen mit einem metallischen, geerdeten und mit isolierendem Medium hoher Durchschlagsfestigkeit gefüllten Gehäuse mit von Feldelektroden umgebenen hohlen Schaltstücken, von denen eines einen federbelasteten Abreißschaltstift mit einer endseitigen Aussparung enthält, in die ein im anderen Schaltstück befindlicher, mit ihm verbundener Gegenkontakt bei Einschaltstellung einrastet, wobei der Abreißschaltstift bei Beginn der Ausschaltbewegung des einen Schaltstückes gegenüber diesem, in Kontakt zum anderen Schaltstück, zurückbleibt und durch die Feder nach der Freigabe mit einer gegenüber der Bewegung des Schaltstückes größeren Geschwindigkeit zurückgeführt wird.
Ein derartiger Trennschalter ist durch die US-A-3 348 001 bekannt. Bei diesem ist der Abreißschaltstift in einer Bohrung des beweglichen Schaltstückes angeordnet und im vorderen Ansatz des beweglichen Schaltstückes isoliert gelagert. Das der Trennstrecke zugewandte Ende des Abreißschaltstiftes, das über das bewegliche Schaltstück hinausragt, hat einen endseitigen hakenförmigen Ansatz, der eine Aussparung bildet, in die bei Einschaltstellung ein als Kontaktfinger gestaltetes federndes Verriegelungsglied eingreift, das im Innern der Kontaktfinger des feststehenden Schaltstückes liegt und mit diesem elektrisch verbunden ist. Der Abreißschaltstift trägt eine Feder, die zwischen einer an seinem Ende befestigten Scheibe und dem vorderen Ansatz des Schaltstücks liegt. Bei Beginn der Ausschaltbewegung des Schaltstücks wird der Abreißschaltstift durch das Verriegelungsglied zurückgehalten, und die Feder wird solange gespannt, bis ihre Federkraft ausreicht, die Federkraft des Verriegelungsgliedes zu überwinden. In diesem Moment löst sich der Abreißschaltstift von dem Verriegelungsglied und wird durch die Feder mit einer gegenüber der Bewegung des Schaltstückes höheren Geschwindigkeit soweit in das Schaltstück zurückgezogen, bis die Scheibe zur Anlage an den Boden der Bohrung gelangt. In der Ausschaltstellung befinden sich dann das bewegliche Schaltstück mit dem darüber hinausragenden Abreißschaltstift im Innern der sie umgebenden Feldelektrode.
Bei diesem bekannten Trennschalter ist die Freigabe des Abreißschaltstiftes bei der Ausschaltbewegung des beweglichen Schaltstückes allein von der Kraft der Feder und von der Federkraft des Verriegelungsgliedes abhängig. Daher ist der Zeitpunkt der Freigabe bzw. die Stellung des beweglichen Schaltstückes zu diesem Zeitpunkt nicht genau vorherbestimmbar, denn Fertigungstoleranzen können die Federkonstante sowohl der Feder als auch des Verriegelungsgliedes beeinflussen. Da außerdem der Abreißschaltstift auch in seiner Ruhelage über das bewegliche Schaltstück hinausragt, wird durch seine mit der Aussparung versehene Spitze eine Verzerrung des Feldes hervorgerufen, solange er sich nicht im Inneren der Feldelektrode befindet. Deshalb muß der Weg des beweglichen Schaltstücks verhältnismäßig groß gewählt werden, nämlich so groß, daß auch die Spitze des Abreißschaltstiftes in die Feldelektrode zurückgeführt ist.
Durch die vorliegende Erfindung soll eine Verbesserung eines derartigen metallgekapselten druckgasisolierten Trennschalters erreicht werden. Diese werden im allgemeinen aus wirtschaftlichen Gründen mit einem verhältnismäßig langsamen Antrieb für die Schaltstücke versehen. Deshalb werden sie möglichst nicht unter Last geschaltet, weil beim Auftreten eines Lichtbogens wegen der langsamen Ausschaltbewegung die Gefahr besteht, daß, insbesondere bei höheren Nennspannungen, der Lichtbogen auswandert, zur geerdeten Metallkapselung überschlägt und somit einen Erdschluß bildet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen metallgekapselten, druckgasinolierten Trennschalter mit sich langsam bewegenden Schaltstücken zu schaffen, bei dem Lichtbögen geringer Stromstärke ohne Schaden auftreten können. Derartige Lichtbögen treten z. B. beim Ausschalten von unbelasteten Transformatoren auf.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Trennschalter der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß in die Aussparung des Abreißschaltstiftes eine im anderen Schaltstück drehbar gelagerte Klinke eingreift, die, mechanisch gesteuert, bei einer bestimmten Stellung des beweglichen Schaltstückes den Abreißschaltstift freigibt, der in seiner Ruhelage im Innern des hohlen Schaltstückes liegt.
Durch das Vorsehen einer mechanischen Steuerung der in Einschaltstellung des Trennschalters mit dem Abreißschaltstift in Verbindung stehenden Klinke wird erreicht, daß die Klinke den Abreißschaltstift an einer vorher bestimmten Stellung des beweglichen Schaltstückes freigibt, wenn dieses eine genügend große Trennstrecke gebildet hat. Dann führt die Feder den Abreißschaltstift mit einer gegenüber der Bewegung des langsam angetriebenen beweglichen Schaltstückes größeren Geschwindigkeit in das Innere des hohlen Schaltstückes zurück. Entsteht hierbei wegen des Vorhandenseins einer geringen Last ein Ausschaltlichtbogen, so wird dieser infolge der hohen Geschwindigkeit, mit der Abreißschaltstift und Klinke auseinandergezogen werden, schnell unterbrochen und hat nicht mehr die Gelegenheit, zur geerdeten Kapselung auszuwandern.
Da der Abreißschaltstift im Ruhezustand, d. h. in Ausschaltstellung, im Innern des beweglichen hohlen Schaltstücks liegt, der seinerseits im Innern der Feldelektrode liegt, ebenso wie die Klinke mit dem anderen Schaltstück im Innern der anderen Feldelektrode liegt, wird das elektrische Feld in der Trennstrecke durch den Abreißschaltstift und die Klinke nicht verändert. Es ist besonders vorteilhaft, für die mechanische Steuerung der Klinke einen ein- und feststellbar ausgebildeten Anschlag im Innern der Feldelektrode vorzusehen, der die Klinke zur Freigabe des Abreißschaltstiftes bewegt. Dadurch kann frei gewählt werden, an welcher Stellung sich das bewegliche Schaltstück befinden soll, wenn die Klinke den Abreißschaltstift freigibt.
Die Form der Klinke kann in zweckmäßiger Weise als Winkelhebel gewählt werden, der um einen Drehpunkt beweglich ist. Einen besseren mechanischen Eingriff an dem Abreißschaltstif erreicht man, wenn die Klinke zangenartig ausgebildet ist.
Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 bis 6 der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen jeweils, schematisch dargestellt, einen Längsschnitt durch einen Trennschalter. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 4 ein und denselben Trennschalter in verschiedenen Stellungen, d. h. Fig. 1 zeigt die Ausschaltstellung, die Fig. 2 zeigt die Einschaltstellung und die Fig. 3 und 4 zeigen verschieden gewählte Stellungen für die Freigabe des Abreißschaltstiftes. In der Fig. 5 und in der Fig. 6 sind jeweils konstruktiv abweichend gestaltete Ausführungsbeispiele dargestellt.
Der Trennschalter 1 liegt in einem rohrförmigen, metallischen, geerdeten Gehäuse 2, das an den Stirnseiten durch konisch ausgebildete Durchführungsisolatoren 3 abgeschlossen ist, die den mittig angeordneten rohrförmigen Leiter 4 tragen. Das Gehäuse 2 ist mit unter Überdruck stehenden SF₆ gefüllt.
Um das elektrische Feld zwischen dem geerdeten Gehäuse 2 und den hohlen Schaltstücken 5, 6 zu vergleichmäßigen, sind sowohl das bewegliche Schaltstück 5 als auch das stehende Schaltstück 6 von abschirmenden Feldelektroden 7 umgeben. Auch der Antrieb 8 für das bewegliche Schaltstück 5 ist im Innern der Feldelektrode 7 angeordnet. Im Innern des beweglichen Schaltstückes 5 liegt ein Abreißschaltstift 9, der endseitig mit einer durch eine Abdrehung auf kleineren Durchmesser gebildeten Aussparung 10 versehen ist. Der Abreißschaltstift 9 wird durch eine Feder 11 in seiner Ruhelage gehalten. In dieser ist er völlig von dem beweglichen Schaltstück 5 umgeben und steht nicht aus diesem hervor. Im Innern der gegenüberliegenden Feldelektrode 7 mit dem stehenden Schaltstück 6 ist ein Zylinder 12 vorgesehen, in dem ein Kolben 13 gleitet. Dieser Kolben 13 trägt, drehbar mit dem Lager 14 angeordnet, die aus einem Winkelhebel bestehende Klinde 15, die in einen Haken 16 ausläuft. Die Klinke 15 wird ebenfalls von einer Feder 17 so in ihrer Ruhlage gehalten, daß sie, in Ausschaltstellung, nicht über das stehende Schalststück 6 hinausragt. Weiterhin ist zwischen dem Kolben 13 und der Klinke 15 noch eine Rückholfeder 18 vorgesehen, welche die Klinke 15 nach einer Drehung wieder in die Ruhelage zurückzieht. Der kurze Hebelansatz 19 benachbart zum Lager 14 ragt durch einen Schlitz im Zylinder 12 hindurch. In seinem möglichen Hubweg ist ein ein- und feststellbarer Anschlag 20 vorhanden, der über den Hebelansatz 19 eine Drehbewegung der Klinke 15 auslöst.
Fig. 1 zeigt die Ausschaltstellung des Trennschalters 1, in der sich der Abreißschaltstift 9 mit dem beweglichen Schaltstück 5 und auch die Klinke 15 in Ruhestellung befinden. In Fig. 2 ist dagegen die Einschaltstellung des Trennschalters 1 dargestellt. In dieser Einschaltstellung steht das bewegliche Schaltstück 5 in Eingriff mit dem stehenden Schaltstück 6. Die Klinke 15 befindet sich noch in Endstellung, sie ragt aber in das hohle bewegliche Schaltstück 5 hinein und greift mit ihrem Haken 16 in die Aussparung 10 des Abreißschaltstiftes 9 ein, so daß zusätzlich zur Hauptstrombahn vom Leiter 4 über das bewegliche Schaltstück 5, das stehende Schaltstück 6, der Feldelektrode 7 zum Leiter 4 eine Hilfsstrombahn über den Abreißschaltstift 9 und die Klinke 15 geschaffen ist.
Beim Ausschalten des Trennschalters 1 (siehe Fig. 3 oder 4) bewegt der langsam schaltende Antrieb 8 zunächst das hohle bewegliche Schaltstück 5 soweit zurück, daß seine Verbindung zum stehenden Schaltstück 6 unterbrochen wird und eine genügend große Trennstrecke entsteht, während der Abreißschaltstift 9 in Eingriff mit der Klinke 15 bleibt, so daß jetzt ein eventuell vorhandener Strom allein über die Hilfsstrombahn fließt. Durch die Ausschaltbewegung spannt sich die Feder 11, die den Abreißschaltstift 9 belastet, ebenso wie die Feder 17 der Klinke 15, da die Klinke 15 vom Abreißschaltstift 9 solange mitgenommen wird, bis ihr Hebelansatz 19 gegen den Anschlag 20 stößt. Dieser bewirkt eine Drehbewegung der Klinke 15, wodurch der Haken 16 aus der Aussparung 10 im Abreißschaltstift 9 heraustritt und diese freigibt. Durch die gespannten Federn 11 und 17 bewegen sich die Klinke 15 und der Abreißschaltstift 9 mit der mehrfachen Geschwindigkeit des beweglichen Schaltstückes 5 auseinander, so daß ein eventuell zwischen der Klinke 15 und dem Abreißschaltstift 9 gezündeter Lichtbogen schnell gelöscht wird.
Der Zeitpunkt der Freigabe des Abreißschaltstiftes 9 durch die Klinke 15 kann durch Einstellung des Anschlages 20 ganz genau bestimmt werden. Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung des Anschlages 20 befindet sich die Klinke 15 im Augenblick der Freigabe noch innerhalb der Feldelektrode 7. Dagegen ist die Klinke 15 bei der in Fig. 4 gezeigten Stellung des Anschlages 20 von dem Abreißschaltstift 9 bereits in die freie Trennstrecke gezogen und gibt erst dort den Abreißschaltstift 9 frei. Die Rückholfeder 18 führt die Klinke 15 nach ihrer Drehung wieder in die Ruhestellung zurück.
Fig. 5 zeigt ein leicht abgeändertes Ausführungsbeispiel des Trennschalters 1, für gleiche Teile sind die gleichen Bezugszahlen behalten. Hier ist der Abreißschaltstift 9 mit seiner Feder 11 im Zylinder 12 in der Feldelektrode 7 des stehenden Schaltstückes 6 angeordnet. Die Klinke 15 ist dagegen zusammen mit der Rückholfeder 18 im Innern des beweglichen Schaltstückes 5 fest, jedoch über das Lager 14 drehbar, angeordnet. Auch hier ragt der Winkelansatz 19 durch einen Schlitz im hohlen beweglichen Schaltstück 5 hinaus, so daß er bei der Ausschaltbewegung gegen einen Anschlag 20 innerhalb der Feldelektrode 7 laufen und somit die Drehbewegung zur Freigabe des Abreißschaltstiftes 9 auslösen kann.
Fig. 6 zeigt wiederum die Klinke 15 innerhalb der das stehende Schaltstück umgebenden Feldelektrode 7. Sie ist auf dem im Zylinder 12 gleitenden Kolben 13 über das Lager 14 drehbar angeordnet. Die Klinke 15 ist mit zwei Zangenarmen 21, 22 versehen, zwischen denen die Rückholfeder 18 liegt. Sie ist außerdem durch die Feder 17 belastet. Beim Anschalten des Trennschalters 1 greifen die beiden Zangenarme 21, 22 von beiden Seiten in die Aussparung 10 des Abreißschaltstiftes 9. Dadurch ist die mechanische Verbindung zwischen dem Abreißschaltstift 9 und der Klinke 15 verbessert. Auch hier läuft jeder Zangenarm 21. 22 zu einem Hebelansatz 23, 24 aus, der jeweils gegen einen Anschlag 20 läuft, wenn die Freigabe des Abreißschaltstiftes 9 ausgelöst werden soll.

Claims

1. Trennschalter (1) für Hochspannungsanlagen mit einen metallischen, geerdeten und mit isolierendem Medium hoher Durchschlagsfestigkeit gefüllten Gehäuse (2) mit von Feldelektroden (7) umgebenen hohlen Schaltstücken (5, 6), von denen eines einen federbelasteten Abreißschaltstift (9) mit einer endseitigen Aussparung (10) enthält, in die ein im anderen Schaltstück befindlicher, mit ihm verbundener Gegenkontakt bei Einschaltstellung einrastet, wobei der Abreißschaltstift (9) bei Beginn der Ausschaltbewegung des einen Schaltstückes gegenüber diesem, im kontakt zum anderen Schaltstück zurückbleibt und durch die Feder (11) nach der Freigabe mit einer gegenüber der Bewegung des beweglichen Schaltstückes (5) größeren Geschwindigkeit zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in die Aussparung des Abreißschaltstiftes (9) eine im anderen Schaltstück (5, 6) drehbar gelagerte Klinke (15) eingreift, die, mechanisch gesteuert, bei einer bestimmten Stellung des beweglichen Schaltstückes (5) den Abreißschaltstift (9) freigibt, der in seiner Ruhelage im Innern des hohlen Schaltstückes (5, 6) liegt.

2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (15) auf einem Kolben (13) angeordnet ist, der in einen Zylinder (12) innerhalb der Feldelektrode (7) gleitet und durch eine Feder (17) in seine Endlage gedrückt ist, in der die Klinke (15) im Innern der Feldelektrode (7) liegt.

3. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß ein ein- und feststellbarer Anschlag (20) im Innern der Feldelektrode (7) die Klinke (15) zur Freigabe des Abreißschaltstiftes (9) bewegt.

4. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (15) aus einem um einem Drehpunkt (14) beweglichen Winkelhebel besteht.

5. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (15) zangenartig ausgebildet ist.