EP2619779A1 - Gasisolierter hochspannungsschalter zum unterbrechen grosser ströme - Google Patents

Gasisolierter hochspannungsschalter zum unterbrechen grosser ströme

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EP2619779A1
EP2619779A1 EP11752205.2A EP11752205A EP2619779A1 EP 2619779 A1 EP2619779 A1 EP 2619779A1 EP 11752205 A EP11752205 A EP 11752205A EP 2619779 A1 EP2619779 A1 EP 2619779A1
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EP
European Patent Office
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contact
housing
switch
arcing
gas
Prior art date
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Application number
EP11752205.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2619779B1 (de
Inventor
Javier Mantilla
Mathias-Dominic Buergler
Nicola Garbiboldi
Stephan Grob
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2619779A1 publication Critical patent/EP2619779A1/de
Application granted granted Critical
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • 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
    • H01H33/027—Integrated apparatus for measuring current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/044—Monitoring, detection or measuring systems to establish the end of life of the switching device, can also contain other on-line monitoring systems, e.g. for detecting mechanical failures
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a gas-insulated
  • Switches of the aforementioned type are designed as a circuit breaker and have a rated current carrying capacity of at least a few kA in the voltage range of more than a few kV. In general, these switches are called
  • a current path containing the contacts current path serves to guide the majority of the
  • a switch of the type mentioned is described in DE U 20 2007 018 709 U1.
  • the contact erosion of the arcing contacts by means of sensors and a signal detection unit during operation of the switch, ie with the contact arrangement is closed, and the user of the switch is informed by a connected to the signal detection unit display on the caused by Maisabbrand current state of the arcing contacts , If a time interval is undershot, which is a critical value of the reduced by burned length of the
  • a movable of the two contacts is rigidly connected to a arranged outside the vessel rod of a driving force transmitting gear.
  • the contact erosion during operation of the switch is indicated in each case by means of an indicator which is attached directly to the rod or to an arm of a two-armed lever of the gearbox which is articulated to the drive rod. Since the two contacts at the burn-endangered places head to head
  • the indicator shows the sum of the change in length of the two contacts and thus the remaining life of the switch in response to the position of the driving force on the contact arrangement transmitting gear.
  • the concentration of a volatile marker substance is included, which when released by a gas chromatograph can be detected and their concentration should behave in proportion to the burn on the contacts.
  • FR2346837 describes a circuit breaker having a single contact arrangement and a device for detecting erosion of the contacts.
  • Contact arrangement has two contacts, which when closed
  • Kontak 3:1 is movable and is driven by the switch drive via lever.
  • the switch drive also moves a directly connected to the drive and located outside the housing lever, which reflects the rotation angle of the drive axle and thus indirectly the position of the movable
  • the invention has for its object to provide a gas-insulated switch of the type mentioned, in which certain by devisabbrand the arcing contacts
  • Residual life is detected and displayed by simple mechanical means.
  • gas-insulated high voltage switch serves to interrupt large currents and has a
  • a contact arrangement comprising two contact pieces movable relative to each other along a respective axis, each having a rated current and an arcing contact, a drive acting on a first of both contact pieces, and a device for detecting and indicating the contact erosion of the two arcing contacts with an outside caused by the action of arcing the housing arranged display.
  • the switch according to the invention is therefore independent of the switch drive with the contact arrangement closed, i. Under operating conditions, detected by contact erosion shortening of the arcing contacts with simple mechanical means and this shortening and thus also the contact erosion respectively. the remaining life of the switch displayed by means of a suitably arranged and formed gear outside the housing. Since this switch is a switch with a rated current path and a power path connected in parallel, it is essential for the switching behavior that the arc contacts turn off within a certain time interval after opening the
  • the transmission can have a gas-tight guided through the wall of the housing shaft, whose lying within the housing end with the drive member and its outside of the housing end is connected to a display element of the display.
  • a switch can be made simple and economical and is also characterized by a good gas tightness.
  • the drive element is connected as rigid with the shaft
  • Resetting force is applied and is the second arm of the lever with the contact assembly closed on the actuator and when open
  • the transmission may have a housing arranged in the bearing block, in which the actuating member and the restoring force transmitting sliding body are mounted axially displaceable and in which the shaft is pivotally mounted.
  • the drive member as a one-armed, with the return force
  • Restoring force can be achieved by means of a leg spring supported on the shaft, which is held on the housing.
  • this embodiment of the switch can advantageously have an integrated into the transmission, arranged in the housing bearing block, in which the shaft is pivotable and - in contrast to the embodiment with the two-armed lever - only the actuator is mounted axially displaceable.
  • FIG. 1 shows a plan view of a guided along an axis A section through a first embodiment of the high-voltage switch according to the invention, in which the contact arrangement of the switch is closed,
  • FIG. 2 shows an enlargement of a portion of the switch of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view according to Figure 1, but in which the contact arrangement of
  • FIG. 4 shows an enlargement of a portion of the switch shown in FIG. 3,
  • V - V out shows a view guided in the direction of arrow on a longitudinal V - V out
  • FIG. 6 shows a plan view of a section taken along the axis A through a second embodiment of the high-voltage switch according to the invention, in which the contact arrangement of the switch is closed,
  • FIG. 8 shows an enlargement of a portion of the switch according to FIG. 6, in which, however, the contact arrangement of the switch is open, and FIG
  • High-voltage circuit breakers are each designed as a generator switch and are typically designed for a rated voltage of 24 kV, a rated current of 6.3 kA, a permissible short-circuit current of 63 kA and a nominal frequency of 50/60 hertz.
  • Both embodiments have a housing 10 which is filled with an arc-containing insulating gas, for example based on sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide, of generally up to a few bar pressure.
  • the housing has a hollow cylindrical insulator 1 1 and two each serving as a power connection metal hollow body 12, 13, between which the insulator is flattened gas-tight.
  • In the housing 10 is one with the
  • Power terminals 12, 13 provided electrically conductive contact arrangement, the two along an axis A relative to each other movable
  • the contact piece 20 is connected to a drive, not shown, and - as indicated by a double arrow D - when closing along the axis A upwards and when opening along the axis A down.
  • the contact piece 20 has, in an axially symmetrical arrangement, a tubular arcing contact 21 and a contact surrounding this contact at a distance
  • the contact piece 30 in axially symmetrical arrangement also includes a tubular arc-shaped contact 31 and a surrounding the arcing contact 31 spaced contact current contact 32.
  • the arcing contact 31 is slidably mounted relative to the rated current contact 32 along the axis A and is with the switch closed his arc-trained free end by means of a prestressed spring 33 to form a sufficient contact force and a shock point S on the also supported arc-free free end of the arcing contact 21 supported.
  • Arc contacts 21, 31 feet, and flows from one of the arc
  • the switching piece 20 is in a
  • the contact piece 30 has a contact carrier 34 in the form of a pot.
  • the contact carrier is integrated at its acting as an edge of the pot end in serving as a power connection hollow body 13. At the bottom of the
  • a hollow cylinder 35 is arranged, which serves for the axial guidance of the arcing contact 31 and in which the spring 33 is mounted.
  • Arc contact 31 carries at its upper end as a rod formed, axially aligned actuator 50, which passes through a shield 36 into a formed as a metal lid upper portion 15 of
  • the actuator 50 cooperates with a device M, which detects the current, determined by the position of the actuator 50 state of the arcing contacts 21, 31 and displays. The position of the
  • Actuator 50 serves as a measure of the erosion and corrosive effect of the switching arc caused contact erosion.
  • the detection and display device M includes an activatable by the actuator 50 gear 60 and a mechanically operated by the transmission, outside the housing 10, respectively.
  • housing 70 disposed display 70 shown only in Figures 5 and 9). From the figures 2, 4, 7 and 8 can be seen particularly clearly that the
  • Housing portion 15 carries a fixed bearing block 61 of the transmission 60.
  • This bearing block serves to guide one of the displaceable along the axis A actuator 50 to the other but also the storage of a particular apparent from Figures 5 and 9 shaft 62 of the transmission 60.
  • the transmission further includes a drive member 63 which is rigid with the shaft 62nd connected is. It can also be seen from FIGS. 5 and 9 that the shaft 62 in turn is guided in a gastight manner through the housing section 15 with the aid of a seal 64 and directly there with a movable display element 71 of the display 70, for example via a screw connection, or indirectly, for example via another gearbox is connected. Since the shaft 62 is merely pivoted, but not displaced, the seal 64 can be easily realized with the help of one or more commercial sealing rings and thus easily a high
  • the switch When the switch is closed, the current to be interrupted predominantly from the terminal 12 via the hollow cylinder 14, a slide contact, not shown, the rated current contacts 22, 32 led to the contact carrier 34 and serving as a power connection hollow body 13. A smaller part of the current to be interrupted flows in a parallel to the rated current contacts 22, 32 arranged, the connecting wall 23, the arcing contacts 21, 31, a sliding contact, not shown, and the hollow cylinder 35 containing current path to terminal 13.
  • the prestressed spring 33 provides the impact point S the necessary contact force.
  • Heating volume 24 expands. When approaching a zero crossing of the current to be disconnected, the gas stored in the heating volume 24 blows - possibly supported by compressed insulating gas from the
  • Switching are positioned so unfavorable that the arc contacts during switching off not within a certain time interval after opening the rated current contacts separate resp. fail to close at power on within this time interval before the rated current contacts, so a faulty switching action is avoided and the user at the same time

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Der Schalter dient dem Unterbrechen grosser Ströme und enthält ein isoliergasgefülltes Gehäuse (10), eine im Gehäuse (10) angeordnete Kontaktanordnung, die zwei längs einer Achse (A) relativ zueinander bewegbare Schaltstücke (20, 30) mit jeweils einem Nennstrom- (22, 32) und einem Lichtbogenkontakt (21, 31) aufweist, sowie einen Antrieb (D), der auf ein erstes (10) beider Schaltstücke wirkt. Der Schalter enthält ferner eine Vorrichtung (M), die dem Detektieren und Anzeigen des durch Lichtbogeneinwirkung hervorgerufenen Kontaktabbrands der beiden Lichtbogenkontakte (21, 31) dient und eine ausserhalb des Gehäuses (10) angeordnete Anzeige (70) aufweist. Bei diesem Schalter soll die durch Kontaktabbrand der Lichtbogenkontakte (21, 31) bestimmte Restlebensdauer mit einfachen mechanischen Mitteln detektiert und angezeigt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die beiden Lichtbogenkontakte (21, 31) bei geschlossener Kontaktanordnung unter Bildung einer Stossstelle (S) mit jeweils einem freien Ende Kopf an Kopf aneinanderstossen, dass der Lichtbogenkontakt (31) des zweiten Schaltstücks (30) entgegen der Wirkung einer vorgespannten Feder (33) axial verschiebbar gelagert ist und an seinem von der Stossstelle (S) abgewandten Ende ein axial ausgerichtetes Betätigungsorgan (50) trägt, und dass die Detektions- und Anzeigevorrichtung (M) ein gasdicht durch das Gehäuse (10) geführtes Getriebe (60) mit einem mit dem Betätigungsorgan (50) gekoppelten Antriebsglied (63) aufweist.

Description

Gasisolierter Hochspannungsschalter zum Unterbrechen grosser Ströme
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gasisolierten
Hochspannungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 .
Schalter der vorgenannten Art sind als Leistungsschalter ausgeführt und weisen im Spannungsbereich von mehr als einigen kV eine Nennstromtragfähigkeit von mindestens einigen kA auf. Im allgemeinen werden diese Schalter als
Generatorschalter eingesetzt und enthalten daher eine mit hohen Nennströmen belastbare Kontaktanordnung mit zwei - jeweils einen Nennstrom- und einen Lichtbogenkontakt enthaltenden - Schaltstücken. Ein die Nennstrom kontakte enthaltender Strompfad dient der Führung des überwiegenden Teils des
Betriebsstroms, wohingegen ein parallel zum Nennstrompfad geschalteter, die Lichtbogenkontakte enthaltender Leistungspfad lediglich beim Unterbrechen eines im allgemeinen äusserst leistungsstarken Stroms kurzzeitig den gesamten Strom führt. Die Lichtbogenkontakte nehmen dann einen leistungsstarken
Schaltlichtbogen auf, der je nach der Grösse der von ihm geleisteten Arbeit einen mehr oder weniger starken Kontaktabbrand verursacht. Für das Schaltverhalten dieser Schalter ist es wesentlich, dass sich die Lichtbogenkontakte beim
Ausschalten innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls nach den
Nennstromkontakten trennen und beim Einschalten innerhalb dieses Zeitintervalls vor den Nennstromkontakten schliessen. Durch den Kontaktabbrand ändert sich jedoch die Länge der Lichtbogenkontakte längs einer Achse, entlang der sich bei einem Schaltvorgang die beiden Schaltstücke relativ zueinander bewegen. Bei starkem Kontaktabbrand kann dieses Zeitintervall unterschritten und
dementsprechend das Schaltvermögen des Schalters stark beeinträchtigt werden. STAND DER TECHNIK
Ein Schalter der eingangs genannten Art ist beschrieben in DE U 20 2007 018 709 U1 . Bei diesem Schalter wird der Kontaktabbrand der Lichtbogenkontakte mit Hilfe von Sensoren und einer Signalerfassungseinheit während des Betriebs des Schalters, also bei geschlossener Kontaktanordnung, ermittelt und wird der Benutzer des Schalters von einer mit der Signalerfassungseinheit verbundenen Anzeige über den durch Kontaktabbrand verursachten aktuellen Zustand der Lichtbogenkontakte informiert. Falls ein Zeitintervall unterschritten wird, welches einem kritischen Wert der durch Abbrand reduzierten Länge der
Lichtbogenkontakte entspricht, wird der Benutzer über ein optisches,
insbesondere farbiges, und/oder über ein akustisches Signal informiert, dass die Restlebensdauer des Schalters nur noch relativ gering ist.
In US 6,002,560 A und US 7,098,418 B1 sind Vakuumschalter mit jeweils einer in einem evakuierten Gefäss befindlichen Kontaktanordnung beschrieben. Die Kontaktanordnung weist zwei Kontakte auf, die bei geschlossener
Kontaktanordnung Kopf an Kopf aneinanderstossen. Ein beweglicher der beiden Kontakte ist mit einer ausserhalb des Gefässes angeordneten Stange eines Antriebskraft übertragenden Getriebes starr verbunden. Bei diesen Schaltern wird der Kontaktabbrand während des Betriebs des Schalters jeweils mit Hilfe eines Indikators angezeigt, der direkt an der Stange oder an einem Arm eines an die Antriebsstange angelenkten zweiarmigen Hebels des Getriebes befestigt ist. Da die beiden Kontakte an den abbrandgefährdeten Stellen Kopf an Kopf
aneinanderstossen, zeigt der Indikator die Summe der Längenveränderung der beiden Kontakte und damit die Restlebensdauer des Schalters in Abhängigkeit von der Position des Antriebskraft auf die Kontaktanordnung übertragenden Getriebes an.
In US20080217297 A wird zur Bestimmung des Kontaktabbrandes für einen Leistungsschalter mit einem Nennstrom- und Abbrandkontaktsystem
vorgeschlagen, die Konzentration einer flüchtigen Markersubstanz zu messen. Bei diesem Schalter ist die Markersubstanz im stationären Abbrandkontaktstift enthalten, welche bei Freisetzung durch einen Gaschromatographen nachgewiesen werden kann und deren Konzentration sich proportional zum Abbrand an den Kontakten verhalten soll.
In FR2346837 ist ein Leistungsschalter mit einer einzigen Kontaktanordnung und einer Vorrichtung zur Abbranddetektion der Kontakte beschrieben. Die
Kontaktanordnung weist zwei Kontakte auf, die bei geschlossener
Kontaktanordnung Kopf an Kopf aneinanderstossen. Eines der beiden
Kontakstücke ist beweglich und wird vom Schalterantrieb über Hebel angetrieben. Der Schalterantrieb bewegt auch einen direkt mit dem Antrieb verbundenen und ausserhalb des Gehäuses befindlichen Hebel, welcher den Drehwinkel der Antriebsachse wiedergibt und damit indirekt die Position des beweglichen
Kontaktstückes ausserhalb des Gehäuses anzeigt. Somit ist eine mechanisch an den Schalterantrieb gekoppelte und damit vom Funktionszustand des Antriebes abhängige Abbranddetektion der Kontakte möglich.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen gasisolierten Schalter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die durch Kontaktabbrand der Lichtbogenkontakte bestimmte
Restlebensdauer mit einfachen mechanischen Mitteln detektiert und angezeigt wird.
Der in Patentanspruch 1 definierte gasisolierte Hochspannungsschalter nach der Erfindung dient dem Unterbrechen grosser Ströme und weist ein
isoliergasgefülltes Gehäuse auf, eine im Gehäuse angeordnete
Kontaktanordnung, die zwei längs einer Achse relativ zueinander bewegbare Schaltstücke mit jeweils einem Nennstrom- und einem Lichtbogenkontakt aufweist, einen Antrieb, der auf ein erstes beider Schaltstücke wirkt, und eine Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des durch Lichtbogeneinwirkung hervorgerufenen Kontaktabbrands der beiden Lichtbogenkontakte mit einer ausserhalb des Gehäuses angeordneten Anzeige. Bei diesem Schalter stossen die beiden Lichtbogenkontakte bei geschlossener Kontaktanordnung unter Bildung einer Stossstelle mit jeweils einem freien Ende Kopf an Kopf aneinander und ist der Lichtbogenkontakt des zweiten Schaltstücks entgegen der Wirkung einer vorgespannten Feder axial verschiebbar gelagert und trägt an seinem von der Stossstelle abgewandten Ende ein axial ausgerichtetes Betätigungsorgan. Die Detektions- und Anzeigevorrichtung weist ein gasdicht durch das Gehäuse geführtes Getriebe mit einem mit dem Betätigungsorgan gekoppelten
Antriebsglied auf.
Beim Schalter nach der Erfindung wird daher unabhängig vom Schalterantrieb bei geschlossener Kontaktanordnung, d.h. unter Betriebsbedingungen, mit einfachen mechanischen Mitteln eine durch Kontaktabbrand hervorgerufene Verkürzung der Lichtbogenkontakte erkannt und werden diese Verkürzung und damit auch der Kontaktabbrand resp. die Restlebenszeit des Schalters mit Hilfe eines geeignet angeordneten und ausgebildeten Getriebes ausserhalb des Gehäuses angezeigt. Da es sich bei diesem Schalter um einen Schalter mit einem Nennstrompfad und einem parallel dazu geschalteten Leistungspfad handelt, bei dem es für das Schaltverhalten wesentlich ist, dass sich die Lichtbogenkontakte beim Ausschalten innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls nach dem Öffnen der
Nennstrom kontakte trennen und sich beim Einschalten innerhalb dieses
Zeitintervalls vor den Nennstromkontakten schliessen, wird so die
Betriebssicherheit des Schalters in einfacher und kostengünstiger Weise erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schalters kann das Getriebe eine gasdicht durch die Wand des Gehäuse geführte Welle aufweisen, deren innerhalb des Gehäuses liegendes Ende mit dem Antriebsglied und deren ausserhalb des Gehäuses liegendes Ende mit einem Anzeigeelement der Anzeige verbunden ist. Ein solcher Schalter kann einfach und wirtschaftlich gefertigt werden und zeichnet sich zugleich durch eine gute Gasdichtigkeit aus.
Die Anzeige der Restlebensdauer des Schalters wird erleichtert, wenn das
Antriebsglied mit einer Rückstellkraft beaufschlagt und bei geschlossener
Kontaktanordnung entgegen der Rückstell kraft auf dem Betätigungsorgan abgestützt ist. Mit Vorteil ist das Antriebselement als starr mit der Welle verbundener
zweiarmiger Hebel ausgebildet, ist der erster Arm des Hebels mit der
Rückstellkraft beaufschlagt und ist der zweite Arm des Hebels bei geschlossener Kontaktanordnung auf dem Betätigungsorgan und bei geöffneter
Kontaktanordnung auf einem feststehenden Anschlag abgestützt. Die Detektions- und Anzeigevorrichtung des Schalters befindet sich daher sowohl bei
geschlossener als auch bei geöffneter Kontaktanordnung in einer klar definierten Position. Dies ermöglich eine einfache Kalibrierung der Detektions- und
Anzeigevorrichtung und erhöht die Güte und die Zuverlässigkeit der über eine Kontaktverkürzung ermittelten Werte des Kontaktabbrands resp. der
Restlebensdauer. In fertigungstechnisch vorteilhafter Weise kann bei dieser Ausführungsform des Schalters das Getriebe einen im Gehäuse angeordneten Lagerblock aufweisen, in dem das Betätigungsorgan und ein die Rückstellkraft übertragender Gleitkörper axial verschiebbar gelagert sind und in dem die Welle schwenkbar gelagert ist.
In einer besonders einfachen und leicht zu fertigenden Ausführungsform des Schalters kann das Antriebsglied als einarmiger, mit der Rückstell kraft
beaufschlagter Hebel ausgebildet sein, dessen Arm bei geschlossener
Kontaktanordnung auf dem Betätigungsorgan und bei geöffneter
Kontaktanordnung auf einem feststehenden Anschlag abgestützt ist. Die
Rückstellkraft kann mit Hilfe einer auf der Welle abgestützte Schenkelfeder erreicht werden, die am Gehäuse gehalten ist. Auch diese Ausführungsform des Schalters kann in fertigungstechnisch vorteilhafter Weise einen ins Getriebe integrierten, im Gehäuse angeordneten Lagerblock aufweisen, in dem die Welle schwenkbar und - im Unterschied zur Ausführungsform mit dem zweiarmigen Hebel - lediglich das Betätigungsorgan axial verschiebbar gelagert ist. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig.1 eine Aufsicht auf einen längs einer Achse A geführten Schnitt durch eine erste Ausführungsform des Hochspannungsschalters nach der Erfindung, bei der die Kontaktanordnung des Schalters geschlossen ist,
Fig.2 eine Vergrösserung eines umrandet dargestellten Teils des Schalters nach Fig.1 ,
Fig.3 eine Aufsicht gemäss Fig.1 , bei der jedoch die Kontaktanordnung des
Schalters geöffnet ist,
Fig.4 eine Vergrösserung eines umrandet dargestellten Teils des Schalters nach Fig.3,
Fig.5 eine in Pfeilrichtung geführte Aufsicht auf einen längs V - V geführten
Schnitt durch den Schalter nach Fig.1 , Fig.6 eine Aufsicht auf einen längs der Achse A geführten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Hochspannungsschalters nach der Erfindung, bei der die Kontaktanordnung des Schalters geschlossen ist,
Fig.7 eine Vergrösserung eines umrandet dargestellten Teils des Schalters nach Fig.6, Fig.8 eine Vergrösserung eines umrandet dargestellten Teils des Schalters nach Fig.6, bei der jedoch die Kontaktanordnung des Schalters geöffnet ist, und
Fig.9 eine in Pfeilrichtung geführte Aufsicht auf einen längs IX -IX geführten
Schnitt durch den Schalter nach Fig.6.
Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Teile mit gleichen oder ähnlichen
Bezugszeichen versehen. Für das Verständnis der Erfindung nicht wesentliche Teile sind zum Teil nicht dargestellt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stehen beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine
beschränkende Wirkung.
WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die in den Figuren dargestellten beiden Ausführungsformen des
Hochspannungsschalters nach der Erfindung sind jeweils als Generatorschalter ausgebildet und sind typischerweise für eine Nennspannung von 24 kV, einen Nennstrom von 6,3 kA, einen zulässigen Kurzschlussstrom von 63 kA und eine Nennfrequenz von 50/60 Hertz ausgelegt. Beide Ausführungsformen weisen ein Gehäuse 10 auf, das mit einem Lichtbogenlöscheigenschaften aufweisenden Isoliergas, etwa auf der Basis von Schwefelhexafluorid und/oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid, von im allgemeinen bis zu einigen bar Druck gefüllt ist. Das Gehäuse weist einen hohlzylindrischen Isolator 1 1 auf und zwei jeweils als Stromanschluss dienende metallene Hohlkörper 12, 13, zwischen denen der Isolator gasdicht eingeflanscht ist. Im Gehäuse 10 ist eine mit den
Stromanschlüssen 12, 13 elektrisch leitend verbundene Kontaktanordnung vorgesehen, die zwei längs einer Achse A relativ zueinander bewegbare
Schaltstücke 20 und 30 aufweist. Das Schaltstück 20 ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden und wird - wie durch einen Doppelpfeil D angegeben - beim Schliessen längs der Achse A nach oben und beim Öffnen längs der Achse A nach unten geführt.
Das Schaltstück 20 weist in axialsymmetrischer Anordnung einen rohrförmigen Lichtbogenkontakt 21 und einen diesen Kontakt mit Abstand umgebenden
Nennstrom kontakt 22 auf, wohingegen das Schaltstück 30 in axialsymmetrischer Anordnung einen ebenfalls rohrförmig ausgebildeten Lichtbogenkontakt 31 enthält und einen den Lichtbogenkontakt 31 mit Abstand umgebenden Nennstromkontakt 32. Der Lichtbogenkontakt 31 ist gegenüber dem Nennstromkontakt 32 längs der Achse A verschiebbar gelagert und ist bei geschlossenem Schalter mit seinem lichtbogenfest ausgebildeten freien Ende mit Hilfe einer vorgespannten Feder 33 unter Bildung einer ausreichenden Kontaktkraft und einer Stossstelle S auf dem ebenfalls lichtbogenfest ausgebildeten freien Ende des Lichtbogenkontakts 21 abgestützt.
Beim Schaltstück 20 sind der Lichtbogenkontakt 21 und der Nennstromkontakt 22 über eine radial erstreckte Wand 23 elektrisch leitend verbunden. Am Schaltstück 20 ist eine typischerweise Polytetrafluorethylen (PTFE) enthaltende Isolierdüse 40 befestigt, die zwischen dem Lichtbogenkontakt 21 und dem Nennstrom kontakt 22 angeordnet ist und deren freien Enden überragt. Der Lichtbogenkontakt 21 und der Nennstromkontakt 22 sind über eine radial erstreckte Wand 23 elektrisch leitend verbunden und begrenzen zusammen mit der Wand 23 und der Düse 40 ein Heizvolumen 24, das der Aufnahme von komprimiertem Lichtbogengas dient. Dieses Löschgas wird beim Öffnen des Schalters durch einen Schaltlichtbogen erzeugt, der auf den sich beim Öffnen voneinander trennenden
Lichtbogenkontakten 21 , 31 fusst, und strömt von einer den Lichtbogen
aufnehmenden, von den Kontakten 21 , 31 und der Isolierdüse 40 begrenzten Lichtbogenzone ins Heizvolumen 24. Das Schaltstück 20 ist in einem
feststehenden, metallenen Hohlzylinder 14 geführt, der zusammen mit der Wand einen Kompressionsraum 25 einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung begrenzt. Im Kompressionsraum 25 befindliches Isoliergas wird beim Öffnen des Schalters mit Hilfe des dann nach unten geführten, als Kolben wirkenden
Schaltstücks 20 verdichtet. Falls der Gasdruck im Heizvolumen 24 kleiner als im Kompressionsraum 25 ist, wird das verdichtete Isoliergas aus dem
Kompressionsraum 25 ins Heizvolumen 24 geführt.
Das Schaltstück 30 weist einen in Form eines Topfes ausgebildeten Kontaktträger 34 auf. Der Kontaktträger ist an seinem als Rand des Topfes wirkenden Ende in den als Stromanschluss dienenden Hohlkörper 13 integriert. Am Boden des
Kontaktträgers 34 ist ein Hohlzylinder 35 angeordnet, der der axialen Führung des Lichtbogenkontakts 31 dient und in dem die Feder 33 gelagert ist. Der
Lichtbogenkontakt 31 trägt an seinem oberen Ende ein als Stange ausgebildetes, axial ausgerichtetes Betätigungsorgan 50, welches durch eine Abschirmung 36 hindurch in einen als Metalldeckel ausgebildeten oberen Abschnitt 15 des
Gehäuses 10 geführt ist. Das Betätigungsorgan 50 wirkt mit einer Vorrichtung M zusammen, die den aktuellen, durch die Position des Betätigungsorgans 50 bestimmten Zustand der Lichtbogenkontakte 21 , 31 detektiert und anzeigt. Die Position des
Betätigungsorgans 50 dient hierbei als Mass für den durch die erodierende und korrodierende Wirkung des Schaltlichtbogens verursachten Kontaktabbrand. Die Detektions- und Anzeigevorrichtung M enthält ein vom Betätigungsorgan 50 aktivierbares Getriebe 60 sowie eine vom Getriebe mechanisch betätigte, ausserhalb des Gehäuses 10 resp. des Gehäuseabschnitts 15 angeordnete Anzeige 70 (nur in den Figuren 5 und 9 dargestellt). Aus den Figuren 2, 4, 7 und 8 ist besonders deutlich zu erkennen, dass der
Gehäuseabschnitt 15 einen feststehend gehaltenen Lagerblock 61 des Getriebes 60 trägt. Dieser Lagerblock dient zum einen der Führung des entlang der Achse A verschiebbaren Betätigungsorgans 50 zum anderen aber auch der Lagerung einer insbesondere aus den Figuren 5 und 9 ersichtlichen Welle 62 des Getriebes 60. Das Getriebe enthält ferner ein Antriebsglied 63, das starr mit der Welle 62 verbunden ist. Aus den Figuren 5 und 9 ist auch ersichtlich, dass die Welle 62 ihrerseits mit Hilfe einer Dichtung 64 gasdicht durch den Gehäuseabschnitt 15 nach aussen geführt und dort mit einem beweglichen Anzeigeelement 71 der Anzeige 70 unmittelbar, beispielsweise über eine Verschraubung, oder mittelbar, beispielsweise über ein weiteres Getriebe, verbunden ist. Da die Welle 62 lediglich geschwenkt, nicht aber verschoben wird, kann die Dichtung 64 mit Hilfe eines oder mehrer handelsüblicher Dichtringe leicht realisiert und so leicht eine hohe
Gasdichtigkeit erreicht werden.
Bei geschlossenem Schalter wird der zu unterbrechende Strom vorwiegend vom Anschluss 12 über den Hohlzylinder 14, einen nicht dargestellten Gleitkontakt, die Nennstromkontakte 22, 32 zu dem den Kontaktträger 34 enthaltenden und als Stromanschluss dienenden Hohlkörper 13 geführt. Ein kleinerer Teil des zu unterbrechenden Stroms fliesst in einem parallel zu den Nennstrom kontakten 22, 32 angeordneten, die Verbindungswand 23, die Lichtbogenkontakte 21 , 31 , einen nicht dargestellten Gleitkontakt und den Hohlzylinder 35 enthaltenden Strompfad zum Anschluss 13. Die vorgespannte Feder 33 liefert an der Stossstelle S die notwendige Kontaktkraft. Beim Abschalten eines Kurzschlussstroms führt der Antrieb D das Schaltstück 20 nach unten. Der in der Einschaltposition des Schalters (Figuren 1 , 2, 5, 6, 7 und 9) auf dem Lichtbogenkontakt 21 abgestützte Lichtbogenkontakt 31 wird hierbei durch die vorgespannte Feder 33 unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Kontaktkraft nachgeführt. Während der Nachführbewegung trennen sich die Nennstromkontakte 22, 32 und kommutiert der Strom vollständig in den parallel geschalteten Strompfad, der anstelle der Nennstrom kontakte nun die
Verbindungswand 23, die Lichtbogenkontakte 21 , 31 , einen nicht dargestellten Gleitkontakt und den Hohlzylinder 35 enthält. Sobald die Nachführbewegung beendet ist, trennen sich die Lichtbogenkontakte 21 , 31 und bildet sich zwischen deren einander gegenüberstehenden freien Enden ein Schaltlichtbogen. Dieser Schaltlichtbogen bildet heisses, unter Druck stehendes Gas, welches ins
Heizvolumen 24 expandiert. Bei Annäherung an einen Nulldurchgang des abzuschaltenden Stroms bebläst das im Heizvolumen 24 gespeicherte Gas - gegebenenfalls unterstützt durch komprimiertes Isoliergas aus dem
Kompressionsraum 25 - den Lichtbogen, was zu einer Unterbrechung des Stroms führt. Schliesslich gelangt der Schalter in die Ausschaltposition (Figuren 3, 4 und 8).
Die hohe Energie des Schaltlichtbogens erodiert und korrodiert die
Lichtbogenkontakte 21 , 31 und verringert so durch Kontaktabbrand die Länge der Lichtbogenkontakte. Die vorgespannte Feder 33 führt den Lichtbogenkontakt 31 nach unten, wodurch die verringerte Länge der Kontakte 21 , 31 kompensiert wird. Dementsprechend verlagern sich der Lichtbogenkontakt 31 und damit auch das Betätigungsorgan 50 gegenüber ihrer Position vorm Ausschaltvorgang nach unten. Wird der Schalter nach der Strom Unterbrechung wieder geschlossen, so kann an der Anzeige 70 die veränderte Position des Betätigungsorgans 50, welche der Summe des durch Kontaktabbrand an beiden Lichtbogenkontakten 21 , 31 entstehenden Längenverlusts entspricht, abgelesen werden. Durch geeignete Bemessung, Anordnung und/oder Ausbildung des Betätigungsorgans 50 wie auch des Getriebes 60 kann zum einen der aktuelle Zustand der Lichtbogenkontakte 21 , 31 angezeigt und zum anderen aber auch kalibriert werden. Es wird so erreicht, dass eine geeignet kalibrierte Detektions- und Anzeigevorrichtung M immer dann ein Warnsignal abgibt, wenn sich das Betätigungsorgan 50 zu weit nach unten bewegt. Da dann die freien Enden der Lichtbogenkontakte 21 , 31 gegenüber den freien Enden der Nennstromkontakten 22, 32 bei einem
Schaltvorgang so ungünstig positioniert sind, dass sich die Lichtbogenkontakte beim Ausschalten nicht innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls nach dem Öffnen der Nennstrom kontakte trennen resp. sich beim Einschalten nicht innerhalb dieses Zeitintervalls vor den Nennstromkontakten schliessen, wird so eine fehlerhafte Schalthandlung vermieden und dem Benutzer zugleich die
Restlebensdauer des Schalters resp. dessen Wartungsbedarf mitgeteilt.
Bei der Ausführungsform des Schalters nach den Figuren 1 bis 5 ist das
Antriebsglied als zweiarmiger Hebel ausgebildet. Ein in den Figuren 2 und 4 mit dem Bezugszeichen 631 bezeichneter erster Arm des Hebels ist auf einem im Lagerblock 61 geführten, mit Hilfe einer vorgespannten Feder 612 mit einer Rückstellkraft beaufschlagten Gleitkörper 61 1 abgestützt. Der mit dem
Bezugszeichen 632 bezeichnete zweite Arm des Hebels stützt sich bei
geschlossener Kontaktanordnung (Fig.2) auf dem von der Stossstelle
abgewandten, aus dem Lagerblock 61 ragenden Ende des Betätigungsorgans 50 und bei geöffneter Kontaktanordnung (Fig.4) auf dem dann als Anschlag wirkenden Lagerblock 61 ab. In jedem Fall hält die über den Gleitkörper 61 1 auf den Arm 631 übertragene Rückstellkraft den Hebelarm 632 sowohl bei geöffneter als auch bei geschlossener Kontaktanordnung in einer definierten Lage. Es werden dann über die Welle 62 und das mit der Welle mechanisch verbundene Anzeigeelement 71 (Fig.5) lediglich mit mechanischen Mitteln die aktuelle Position des Lichtbogenkontakts 31 resp. des Betätigungsorgans 50 und damit der durch Längenreduktion erkennbaren Abbrand der Lichtbogenkontakte 21 , 31 in der Anzeige 70 dargestellt.
Bei der Ausführungsform des Schalters nach den Figuren 6 bis 9 ist das
Antriebsglied als einarmiger Hebel ausgebildet. Eine auf der Welle 62 abgestützte Schenkelfeder 621 (Fig.9) beaufschlagt die Welle mit einem im
Gegenuhrzeigersinn (Figuren 7 und 8) wirkenden Drehmoment. Daher stützt sich der mit dem Bezugszeichen 633 bezeichnete einzige Arm des Hebels bei geschlossener Kontaktanordnung (Fig.7) auf dem von der Stossstelle
abgewandten, aus dem Lagerblock 61 ragenden Ende des Betätigungsorgans 50 und bei geöffneter Kontaktanordnung (Fig.8) auf dem dann als Anschlag wirkenden Lagerblock 61 ab. In jedem Fall hält die von der vorgespannten Feder 621 über die Welle 62 auf den Arm 633 übertragene Kraft den Arm sowohl im Einschalt- als auch im Ausschaltzustand in einer definierten Lage, in der über die Welle 62 und das mit der Welle mechanisch verbundene Anzeigelement 71 lediglich mit mechanischen Mitteln die aktuelle Position des Betätigungsorgans 50 und damit der aktuelle Zustand der Lichtbogenkontakte 21 , 31 in der Anzeige 70 dargestellt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Gehäuse
1 1 Isolator
12, 13 Hohlkörper, Stromanschlüsse
14 Hohlzylinder
15 Gehäuseabschnitt
20 Schaltstück
21 Lichtbogenkontakt
22 Nennstromkontakt
23 Verbindungswand
24 Heizvolumen
25 Kompressionsraum
30 Schaltstück
31 Lichtbogenkontakt
32 Nennstromkontakt
33 Feder
34 Kontaktträger
35 Hohlzylinder
36 Abschirmung
40 Isolierdüse
50 Betätigungsorgan, Stange
60 Getriebe
61 Lagerblock
61 1 Gleitkörper
612 Druckfeder
62 Welle
621 Schenkelfeder
63 Antriebsglied
631 , 632 Hebelarme
64 Dichtung
70 Anzeige
71 Anzeigeelement
A Achse
D Antrieb
M Detektions- und Anzeigevorrichtung
S Stossstelle

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Gasisolierter Hochspannungsschalter zum Unterbrechen grosser Ströme mit einem isoliergasgefüllten Gehäuse (10), einer im Gehäuse (10)
angeordneten Kontaktanordnung, die zwei längs einer Achse (A) relativ zueinander bewegbare Schaltstücke (20, 30) mit jeweils einem Nennstrom- (22, 32) und einem Lichtbogenkontakt (21 , 31 ) aufweist, einem Antrieb (D), der auf ein erstes (20) beider Schaltstücke wirkt, und einer Vorrichtung (M) zum Detektieren und Anzeigen des durch Lichtbogeneinwirkung
hervorgerufenen Kontaktabbrands der beiden Lichtbogenkontakte (21 , 31 ) mit einer ausserhalb des Gehäuses (10) angeordneten Anzeige (70), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lichtbogenkontakte (21 , 31 ) bei geschlossener Kontaktanordnung unter Bildung einer Stossstelle (S) mit jeweils einem freien Ende Kopf an Kopf aneinanderstossen, dass der Lichtbogenkontakt (31 ) des zweiten Schaltstücks (30) entgegen der Wirkung einer vorgespannten Feder (33) axial verschiebbar gelagert ist und an seinem von der Stossstelle (S) abgewandten Ende ein axial ausgerichtetes Betätigungsorgan (50) trägt, und dass die Detektions- und
Anzeigevorrichtung (M) ein gasdicht durch das Gehäuse (10) geführtes Getriebe (60) mit einem mit dem Betätigungsorgan (50) gekoppelten
Antriebsglied (63) aufweist.
Schalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (60) eine gasdicht durch die Wand des Gehäuses (10) geführte Welle (62) aufweist, deren innerhalb des Gehäuses (10) liegendes Ende mit dem Antriebsglied (63) und deren ausserhalb des Gehäuses (10) liegendes Ende mit einem Anzeigeelement (71 ) der Anzeige (70) verbunden ist.
Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied (63) mit einer Rückstellkraft beaufschlagt und bei geschlossener
Kontaktanordnung entgegen der Rückstellkraft auf dem Betätigungsorgan (50) abgestützt ist.
Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Antriebselement (63) als starr mit der Welle (62) verbundener zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, dass ein erster Arm (631 ) des Hebels mit der
Rückstellkraft beaufschlagt ist, und dass der zweite Arm (632) des Hebels bei geschlossener Kontaktanordnung auf dem Betätigungsorgan (50) und bei geöffneter Kontaktanordnung auf einem feststehenden Anschlag abgestützt ist.
5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (60) einen im Gehäuse (10) angeordneten Lagerblock (61 ) aufweist, in dem das Betätigungsorgan (50) und ein die Rückstellkraft übertragender Gleitkörper (61 1 ) axial verschiebbar gelagert sind und in dem die Welle (62) schwenkbar gelagert ist.
6. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsglied (63) als einarmiger, mit der Rückstellkraft beaufschlagter Hebel ausgebildet ist, dessen Arm (633) bei geschlossener Kontaktanordnung auf dem
Betätigungsorgan (50) und bei geöffneter Kontaktanordnung auf einem feststehenden Anschlag abgestützt ist.
7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (10) eine auf der Welle (62) abgestützte, der Erzeugung der Rückstellkraft dienende Schenkelfeder (621 ) gehalten ist.
8. Schalter nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (60) einen im Gehäuse (10) angeordneten Lagerblock (61 ) aufweist, in dem das Betätigungsorgan (50) axial verschiebbar und die Welle (62) schwenkbar gelagert ist.
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