EP0983598A1 - Elektrischer hochspannungsschalter - Google Patents

Elektrischer hochspannungsschalter

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EP0983598A1
EP0983598A1 EP98951192A EP98951192A EP0983598A1 EP 0983598 A1 EP0983598 A1 EP 0983598A1 EP 98951192 A EP98951192 A EP 98951192A EP 98951192 A EP98951192 A EP 98951192A EP 0983598 A1 EP0983598 A1 EP 0983598A1
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EP
European Patent Office
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piston
compression piston
voltage switch
contact piece
compression
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98951192A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heiner Marin
Volker Lehmann
Hold Dienemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/904—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism characterised by the transmission between operating mechanism and piston or movable contact
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/40—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using friction, toothed, or screw-and-nut gearing
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
    • H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
    • H01H33/905—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism the compression volume being formed by a movable cylinder and a semi-mobile piston

Definitions

  • the piston-cylinder arrangement has a first compression piston, a second compression piston which can be moved by means of the drivable contact piece and a stationary cylinder.
  • the extinguishing gas pressure can be adapted to the requirements of the switch-off process.
  • the multi-function valve fulfills the function of a pressure relief valve during a switch-off process, i.e. it limits the extinguishing gas pressure in the compression cylinder. During a switch-on process, it serves as an inlet valve, whereby extinguishing gas can flow into the compression cylinder.
  • a simple and robust device can be realized by means of a link and a lever which is driven by the stationary bearing and which uses the locking movement of the drivable contact piece in order to drive the second compression piston in opposite directions.
  • a further advantageous embodiment can lie in the fact that at least three baffles and fixed levers for driving the second compression piston are provided on the circumference of a switching tube carrying the drivable contact piece.
  • the second compression piston by means of a first rack connected to it, a locally fixed gear and a second rack connected to the drivable contact piece can be driven.
  • FIG. 1 shows the electrical high-voltage switch with the device according to the invention in the switched-on state, while the lower half shows the electrical high-voltage switch in the switched-off state
  • FIG. 2 shows the electrical high-voltage switch with a further device according to the invention.
  • the electrical high-voltage switch has an outer encapsulation 1 made of insulating material, in which a switching tube 2 is arranged concentrically.
  • a drivable, tubular and hollow contact piece carrier 3 is carried out through the switching tube 2.
  • a stationary, pin-shaped contact piece 4 axially faces the drivable contact piece 19 and is brought into engagement with it when the electrical high-voltage switch is switched on.
  • a rod 13 is articulated with its first end to the end wall of the second compression piston 7 on the drive side. This is hinged at its second end to a fixedly pivotable two-armed lever 14.
  • the rod 13 is actuated by means of the lever 14, as a result of which the second compression piston 7 can be displaced from its position.
  • the lever 14 is mounted on a bracket 15 which is attached to the inner wall of the switching tube 2.
  • the contact piece carrier 3 has on its circumference a formation 16 which forms a backdrop which pivots out the lever 14 during a holding movement, as a result of which the rod 13 is actuated and the second compression piston 7 is displaced counter to the movement of the contact piece 19.
  • a return spring 17 is arranged in the vicinity of the joint 18 and, after a switch-on operation, returns the lever 14, the rod 13 and the second piston 7 to the position shown in the figure in the switched-on state.
  • the quenching gas flows from the compression cylinder 5 into the heating volume 8 and from there towards the arc in order to extinguish it at the current zero crossing.
  • the further device according to the invention shown in FIG. 2 has a toothed wheel 22, a first toothed rack 21 and a second toothed rack 23.
  • the gear wheel 22 is rotated by means of the movement of the second rack 23, which is fixedly connected to the drivable contact piece carrier 3, whereby the first rack 21 and the second compression piston 7 are moved in opposite directions to the drive movement.

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Abstract

Während eines Ausschaltvorgangs eines elektrischen Hochspannungsschalters soll eine schnell und hohe Kompression eines Löschgases erfolgen, um eine effektive Löschung eines Lichtbogens zu erreichen. Mittels der gegensinnigen Bewegung eines ersten (6) und eines zweiten Kompressionskolbens (7) einer Kolben-Zylinder-Anordnung (5, 6, 7) wird während eines Ausschaltvorgangs eine hohe und schnelle Kompression des Löschgases erreicht. Die Ausschaltbewegung eines antreibbaren Kontaktstücks (19) wird genutzt, um gleichzeitig den ersten Kompressionskolben (6) in Richtung der Ausschaltbewegung des Antriebes (9) zu bewegen und den zweiten Kompressionskolben (7), mittels einer Ausformung (16) und eines ortsfest gelagerten Hebels (14), gegensinnig dazu anzutreiben.

Description

Beschreibung
Elektrischer Hochspannungsschalter
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Hochspannungsschalter mit einer Kontaktanordnung, die zwei Kontaktstücke aufweist, von denen wenigstens eines mittels eines Antriebes antreibbar ist und mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung zur Erzeugung einer auf den Lichtbogen einwirkenden Löschmittelströmung.
Aus der OS-DE 19 66 973 ist ein derartiger elektrischer Schalter bekannt. Dieser weist zwei hohl ausgebildete Kontaktstücke, von denen eines bewegbar ist und ein antreibbares Überbrückungskontaktstück auf. Mittels einer Kolben-Zylinder- Anordnung wird während eines Ausschaltvorgangs eine auf einen Lichtbogen einwirkende LöschmittelStrömung erzeugt. Vorwiegend wird SF6-Gas als Löschmittel verwendet. Ein Teil der Kolben-Zylinder-Anordnung ist starr mit dem antreibbaren Überbrückungskontaktstück verbunden und mit diesem gemeinsam bewegbar. Der andere Teil der Kolben-Zylinder-Anordnung ist mittels eines Getriebes mit dem Antrieb verbunden und mit diesem gegensinnig zur Antriebsbewegung des Überbrückungskon- taktstücks bewegbar. Durch die gegensinnige Bewegung von Kol- ben und Zylinder der Kolben-Zylinder-Anordnung wird während eines Aussschaltvorgangs eine hohe Kompression des Löschgases erreicht, wodurch eine starke LöschmittelStrömung zur Löschung des Lichtbogens erzeugt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den
Kompressionsvorgang des Löschgases während des Aussschaltvorgangs in elektrischen Hochspannungsschaltern weiter zu verbessern. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teil der Kolben-Zylinder-Anordnung mittels des antreibbaren Kontaktstücks gegensinnig zur Ausschaltbewegung des Antriebes bewegbar ist.
Hierdurch wird erreicht, daß mittels nur einer, den Antrieb und das bewegliche Kontaktstück verbindenden Schaltstange sowohl das bewegliche Kontaktstück, als auch beide Teile der Kolben-Zylinder-Anordnung gleichzeitig bewegt werden können. Hierdurch entfällt die Konstruktion einer aufwendigen mechanischen Vorrichtung, die die gegensinnige Bewegung des einen Teils der Kolben-Zylinder-Anordnung vom Antrieb des Schalters ableitet .
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Kolben-Zylinder-Anordnung einen ersten Kompressionskolben, einen zweiten mittels des antreibbaren Kontaktstück bewegbaren Kompressionskolben und einen feststehenden Zylinder aufweist.
Durch die Gestaltung der Relativbewegung des ersten, starr mit dem antreibbaren Kontaktstück verbundenen Kompressionskolbens und des zweiten, vom antreibbaren Kontak stück bewegbaren Kompressionskolbens, kann der Lόschgasdruck den Erfor- dernissen des Ausschaltvorgangs angepaßt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß eine der Antriebsseite zugewandte Stirnwand eines Heizraumes mit konstantem Volumen den ersten Kompressionskolben bildet.
Hierdurch wird eine einfache und kostengünstige Realisierung des Schalters mit der erfindungsgemäßen Kompressionsvorrich- tung und einem hiermit konstruktiv verbundenen Heizraum er- reicht. Vorteilhaft kann auch vorgesehen sein, daß der zweite Kompressionskolben ein Mehrfunktionsventil aufweist.
Das Mehrfunktionssventil erfüllt während eines Ausschaltvorgangs die Funktion eines Überdruckventils, d.h. es begrenzt den Löschgasdruck im Kompressionszylinder. Während eines Einschaltvorgangs dient es als Einlaßventil, wodurch Löschgas in den Kompressionszylinder hineinströmen kann.
Vorteilhaft kann auch vorgesehen sein, daß der zweite Kom- pressionskolben mittels einer mit dem antreibbaren Kontaktstück verbundenen Kulisse und eines von dieser angetriebenen ortsfest gelagerten Hebels antreibbar ist.
Mittels einer Kulisse und eines von dieser angetriebenen ortsfest gelagerten Hebels kann eine einfache und robuste Vorrichtung realisiert werden, die die Aussehaltbewegung des antreibbaren Kontaktstücks nutzt, um den zweiten Kompressi- onskolben gegensinnig dazu anzutreiben.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann darin liegen, daß am Umfang eines das antreibbare Kontaktstück tragenden Schaltrohres mindestens drei Kulissen und ortsfest gelagerte Hebel zum Antrieb des zweiten Kompressionskolbens vorgesehen sind.
Die Verwendung von mindestens drei Antriebselementen, d.h. Kulissen und ortsfest gelagerten Hebeln, verhindert eine Schrägstellung des ringförmigen zweiten Kompressionskolbens während einer Bewegung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der zweite Kompressionskolben mit- tels einer mit ihm verbundenen ersten Zahnstange, eines orts- fest gelagerten Zahnrades und einer mit dem antreibbaren Kontaktstück verbundenen zweiten Zahnstange antreibbar ist.
Hierdurch ist eine weitere einfache Möglichkeit gegeben, um die gegensinnige Bewegung des zweiten Kompressionskolbens mittels der Aussehaltbewegung des antreibbaren Kontaktstücks zu realisieren. Mittels eines Antriebes mit Zahnrädern und Zahnstangen lassen sich außerdem wesentlich längere Hübe erreichen als bei einem Antrieb des zweiten Kompressionskolbens mittels Kulissen und ortsfest gelagerten Hebeln.
Anhand einer Zeichnung ist im folgenden ein Ausführungsbei- spiel der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert .
Die obere Hälfte der Figur 1 zeigt den elektrischen Hochspannungsschalter mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im eingeschalteten Zustand, während die untere Hälfte den elektrischen Hochspannungsschalter im ausgeschalteten Zustand zeigt
Die Figur 2 zeigt den elektrischen Hochspannungsschalter mit einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Wie in der Figur 1 dargestellt, weist der elektrische Hoch- spannungsschalter eine aus Isoliermaterial bestehende äußere Kapselung 1 auf, in der ein Schaltrohr 2 konzentrisch angeordnet ist. Durch das Schaltrohr 2 ist ein antreibbarer, rohrförmig und hohl ausgebildeter Kontaktstückträger 3 durchgeführt. Ein feststehendes, stiftförmiges Schaltstück 4 steht dem antreibbaren Kontaktstück 19 axial gegenüber und wird mit diesem im Einschaltzustand des elektrischen Hochspannungs- schalters in Eigriff gebracht.
Eine Kolben-Zylinder-Anordnung 5, 6, 7 weist einen festste- henden, hohl ausgebildeten Kompressionszylinder 5, einen er- sten Kompressionskolben 6 und einen zweiten Kompressionskolben 7 auf. Der Kompressionszylinder 5 schließt sich unmittelbar an das Schaltrohr 2 an. Der erste Kompressionskolben 6 bildet eine Stirnwand eines Heizraumes 8 und ist fest mit dem antreibbaren Kontaktstück 19 verbunden und gemeinsam mit diesem von einem Antrieb 9 bewegbar. Der zweite Kompressionskolben 7 ist auf der Antriebsseite eines Kompressionsraumes 20 , gegenüber dem ersten Kompressionskolben 6 angeordnet. Dieser weist ein Mehrfunktionsventil 10 mit einem Überdruckventil 11 und einem Nachfüllventil 12 auf.
An die antriebsseitige Stirnwand des zweiten Kompressionskolbens 7 ist eine Stange 13 mit ihrem ersten Ende angelenkt. Diese ist mit ihrem zweiten Ende an einen ortsfest schwenkbar gelagerten zweiarmigen Hebel 14 angelenkt. Mittels des Hebels 14 wird die Stange 13 betätigt, wodurch der zweite Kompressionskolben 7 von seiner Position verschoben werden kann. Der Hebel 14 ist an einer Halterung 15 gelagert, die an der Innenwand des Schaltrohres 2 befestigt ist. Der Kontaktstück- träger 3 weist an seinem Umfang eine Ausformung 16 auf, die eine Kulisse bildet, die während einer Aussehaltbewegung den Hebel 14 ausschwenkt, wodurch die Stange 13 betätigt wird und der zweite Kompressionskolben 7 entgegen der Bewegung des Kontaktstücks 19 verschoben wird. Eine Rückholfeder 17 ist in der Nähe des Gelenks 18 angeordnet und bringt nach einem Einschaltvorgang den Hebel 14, die Stange 13 und den zweiten Kolben 7 in die in der Figur im Einschaltzustand dargestellte Position zurück.
Fließt während des Ausschaltvorgangs ein hoher Strom, so entsteht ein starker Lichtbogen zwischen den Kontaktstücken 19, 4. Im Ausschaltvorgang bewegt der Antrieb 9 das antreibbare Kontaktstück 19 in Richtung der Ausschaltstellung (in der unteren Hälfte der Figur dargestellt) . Der erste Kompressions- kolben 6 wird gemeinsam mit dem antreibbaren Kontaktstück 19 bewegt, wodurch sich das Volumen im Kompressionszylinder 5 verringert und gleichzeitig der Löschgasdruck im Kompressionszylinder 5 ansteigt. Im Heizvolumen 8 wird im Falle eines hohen Ausschaltstromes und eines entsprechend starken Lichtbogens sehr heißes Löschgas unter hohem Druck gespeichert. Somit kann kein Löschgas vom Kompressionsvolumen 20 in das Heizvolumen 8 strömen. Das erwärmte Löschgas strömt vom Heizvolumen 8 auf dem Lichtbogen zu, wodurch dieser im Stromnulldurchgang gelöscht werden kann.
Im Falle eines schwachen Lichtbogens strömt das Löschgas vom Kompressionszylinder 5 in das Heizvolumen 8 und von hier auf den Lichtbogen zu, um diesen im Stromnulldurchgang zu löschen.
Während der Ausschaltbewegung des antreibbaren Kontaktstücks 19 wird außerdem der zweite Kompressionskolben 7 gegensinnig zur Antriebsbewegung bewegt, wodurch sich das KompressionsVolumen 20 weiter verringert und ein zusätzlicher Druckanstieg des Löschgases im Kompressionszylinder 5 erreicht wird. Hierdurch wird zusätzlich die LöschgasStrömung erhöht und es wird ein hoher Löschgasdruck während der Ausschaltbewegung früher erreicht, wodurch der Lichtbogen besser gelöscht wird.
Die in der Figur 2 dargestellte weitere erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Zahnrad 22, eine erste Zahnstange 21 und eine zweite Zahnstange 23 auf.
Während eines Ausschaltvorgangs wird mittels der Bewegung der zweiten Zahnstange 23, die fest mit dem antreibbaren Kontaktstückträger 3 verbunden ist, das Zanhrad 22 gedreht, wodurch die erste Zahnstange 21 und der zweite Kompressionskolben 7 gegensinnig zur Antriebsbewegung bewegt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Hochspannungsschalter mit einer Kontaktanordnung (19, 4), die zwei Kontaktstücke aufweist, von denen we- nigstens eines mittels eines Antriebes (9) antreibbar ist und mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung (5, 6, 7) zur Erzeugung einer auf den Lichtbogen einwirkenden Löschmittelströmung d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Teil der Kolben-Zylinder-Anordnung (7) mittels des an- treibbaren Kontaktstücks (19) gegensinnig zur Ausschaltbewegung des Antriebes (9) bewegbar ist.
2. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kolben-Zylinder-Anordnung (5, 6, 7) einen ersten Kompressionskolben (6), einen zweiten mittels des antreibbaren Kontaktstücks (19) bewegbaren Kompressionskolben (7) und einen feststehenden Zylinder (5) aufweist.
3. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine der Antriebsseite zugewandte Stirnwand eines Heizraumes (8) mit konstantem Volumen den ersten Kompressionskolben (6) bildet .
4. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Kompressionskolben (7) ein Mehrfunktionsventil (10) aufweist.
5. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Kompressionskolben (7) mittels einer mit dem an- treibbaren Kontaktstück (19) verbundenen Kulisse (16) und ei- nes von dieser angetriebenen ortsfest gelagerten Hebels (14) antreibbar ist.
6. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 5 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß am Umfang eines das antreibbare Kontaktstück tragenden Schalt-rohres (2) mindestens drei Kulissen (16) und ortsfest gelagerte Hebel (14) zum Antrieb des zweiten Kompressionskolbens (7) vorgesehen sind.
7. Elektrischer Hochspannungsschalter nach Anspruch 2 oder einem der folgenden d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Kompressionskolben (7) mittels einer mit ihm ver- bundenen ersten Zahnstange (21) , eines ortsfest gelagerten
Zahnrades (22) und einer mit einem antreibbaren Kontaktstückträger (3) verbundenen zweiten Zahnstange (23) antreibbar ist .
EP98951192A 1997-08-18 1998-08-18 Elektrischer hochspannungsschalter Withdrawn EP0983598A1 (de)

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