CH621887A5

CH621887A5 - Electric high-voltage switch

Info

Publication number: CH621887A5
Application number: CH1473477A
Authority: CH
Inventors: Rene Cothier; Sylvain Cagnioux
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1981-02-27
Also published as: DE2750762C2; IT1089756B; FR2373141A1; GB1570035A; DE7734829U1; DE2750762A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Hochspannungsschalter, bei welchem eine mit Isoliergas gefüllte Löschkammer einen von einem Entspannungsraum getrennten Verdichtungsraum aufweist, ferner ein bewegliches und ein feststehendes Schaltstück sowie einen Durchlass vom Verdichtungsraum in den Entspannungsraum für das im Verdichtungsraum durch den Lichtbogen erhitzte und für die Löschung herangezogene Gas.

Derartige Schalter sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 1 074121 und aus der französischen Patentanmeldung Nr. 75/25172, veröffentlicht unter der Nummer 2 282 711 bekannt. Sie sind besonders geeignet, um Ströme hoher Intensität abzuschalten, da der notwendige Druck - zur Erzielung des Löschvorganges durch Gasentspannung in den Entspannungsraum hinein - durch Erhitzung aufgrund der im Lichtbogen dis-sipierten Energie erzeugt wird. Es sind auch bereits Schalter mit Eigenlöschung des Lichtbogens vorgeschlagen worden, welche eine verbesserte Löschkammer aufweisen und mit welchen Ströme sowohl grosser als auch schwacher Intensität abgeschaltet werden können. Solche verbesserte Apparate sind in den französischen Patentanmeldungen Nr. 76/31503, eingereicht am 20. Oktober 1976, Nr. 76/32523, eingereicht am 28. Oktober 1976 und Nr. 76/34703, eingereicht am 18. November 1976 beschrieben.

Es sind überdies Schaltapparate mit auto-pneumatischer Wirkung bekannt, bei denen der Lichtbogen mittels Druckgas gelöscht wird, welches mechanisch in einer Löscheinrichtung mit Kolben und Zylinder erzeugt wird, und wobei die Löscheinrichtung in Korrelation mit der Öffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes betätigt wird. Solche Schalter sind beispielsweise beschrieben in der französischen Patentanmeldung Nr. 75/31260, eingereicht am 13. Oktober 1975 unter dem Titel «Appareil de commutation avec soufflage de l'arc électrique de coupure». Sie sind insbesondere dazu geeignet, elektrische Ströme mit 50 oder 60 Hz Frequenz zu schalten. Gilt es jedoch, Ströme niedriger Frequenz, beispielsweise 162/3 Hz zu schalten, so ist der Löschvorgang aufgrund der kurzen Blasdauer schwieriger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter zu schaffen, welcher sowohl Ströme mit 16% Hz als auch solche mit 50 oder 60 Hz und sowohl Ströme mit starker als auch solche mit schwacher Intensität schalten kann.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine mechanische Löscheinrichtung mit Kolben und Zylinder vorgesehen ist, die in Korrelation mit der Öffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes betätigbar ist und die mit dem Verdichtungsraum über eine Rückschlagklappe derart verbunden ist, dass Gas nur von der mechanischen Löscheinrichtung in den Verdichtungsraum strömen kann.

Gemäss einer bevorzugten, ersten Ausführungsform kann die mechanische Löscheinrichtung mechanisch mit dem beweglichen Schaltstück über ein Verzögerungsglied derart verbunden sein, dass sie gegenüber der Öffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes mit einer Zeitverzögerung betätigbar ist. Dank dieser Anordnung verstärkt das mechanisch verdichtete Gas während des letzten Teiles der Öffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes die Wirkung des durch Erhitzung - aufgrund der vom Lichtbogen herrührenden Energie - verdichteten Gases und verlängert die Blasdauer. Dadurch können sowohl Ströme mit 16% Hz als auch solche mit 50 bis 60 Hz und Ströme mit schwacher und starker Intensität geschaltet werden.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Löschkammer im Vertikalschnitt, links das bewegliche Schaltstück in offener, rechts in geschlossener Stellung;

Fig. 2 eine Löschkammer im Vertikalschnitt gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden in ihrer Anwendung bei einem elektrischen Schalter erläutert, wie er in der oben angeführten französischen Patentanmeldung Nr. 76/31503 beschrieben ist; die Beschreibung dieser Patentanmeldung wird referenzhalber der vorliegenden Beschreibung einverleibt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht ausschliesslich bei einem solchen Schaltertyp anwendbar ist, sondern ebensogut bei andern Schaltern, beispielsweise jenen, wie sie in den in der Beschreibungseinleitung angeführten Patentanmeldungen und Patenten beschrieben sind.

Der elektrische Schalter gemäss Fig. 1 weist ein zylindrisches Hauptgehäuse 1 aus Isoliermaterial auf, welches eine Löschkammer bildet; diese ist durch einen Deckel 2 dicht verschlossen und mit einem Isoliergas, beispielsweise SFs, gefüllt.

Im Zentrum des Deckels 2 ist ein zylindrischer Stift 3 aus leitendem Material angeordnet, welcher Anschlussklemme ist für die Stromzufuhr zu einem an sich bekannten feststehenden Schaltstück 4; letzteres ist im Inneren eines zweiten, zylindrischen Gehäuses 5 aus Isoliermaterial angeordnet. Der leitende Stift 3 erstreckt sich über eine gewisse Distanz in das Innere des Gehäuses 1 hinein und schliesst an seinem unteren Ende mit einem scheibenförmigen Teil 3a ab, unterhalb dem das feststehende Schaltstück 4 montiert ist. Das zylindrische Gehäuse 5 ist an seinem oberen Teil durch die Scheibe 3a des leitenden Stiftes 3 verschlossen, und an seinem unteren Teil durch eine mit dem Gehäuse 5 einteilige Wand 5a verschlossen. Diese Wand 5a unterteilt die Löschkammer in einen Verdichtungsraum 6 und einen Entspannungsraum 7.

Im Verdichtungsraum 6 umgibt eine Spule 11 das feststehende Schaltstück 4. Eines der Spulenenden ist elektrisch mit der Scheibe 3a verbunden, während das andere Spulenende elektrisch mit einer ersten, direkt unterhalb des feststehenden Schaltstückes 4 angeordneten Ringelektrode 12 verbunden ist.

Eine zweite Ringelektrode 18 mit ähnlicher Form wie jener der Ringelektrode 12, jedoch mit einer abwärts gerichteten, zylindrischen Verlängerung 25 versehen, ist gegenüber der Ringelektrode 12 angeordnet und vollständig vom feststehenden Schaltstück 4 isoliert. Die Ringelektrode 18 wird von einer ringförmigen Halterung 19 getragen, die ihrerseits über radiale

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Speichen 23 mit dem zylindrischen Gehäuse 5 verbunden ist.

Ein zylindrischer Stift 13 aus Isoliermaterial ist koaxial zum feststehenden Schaltstück 4 und den beiden Ringelektroden 12 und 18 angeordnet; er ist am leitenden Stift 3 befestigt und verlängert diesen somit nach unten.

Das bewegliche Schaltstück 14 wird durch einen zylindrischen Stift aus leitendem Material gebildet, ist koaxial ins Innere des feststehenden Schaltstückes 4 einführbar und kann axial mit schwachem Radialspiel in einer zentralen Bohrung 15 der Wand 5a gleiten; dies geschieht mit bekannten, nicht dargestellten Stellorganen. Der Stift des beweglichen Schaltstückes 14 ist über einen bestimmten Teil seiner Länge axial mit einer Bohrung 16 versehen, in welche bei geschlossener Stellung des beweglichen Schaltstiftes 14 der Stift 13 mit schwachem Radialspiel hineinragt. Er ist ausserdem mit einer radialen Bohrung 17 versehen, über die im Zusammenspiel mit der axialen Bohrung 16 die beiden Räume 6 und 7 miteinander verbunden werden, falls das bewegliche Schaltstück 14 einen gewissen Hub in Öffnungsrichtung zurückgelegt hat. Während des ersten Teiles des Öffnungshubes des beweglichen Schaltstück 14 dient der Stift 13 einem zweifachen Zweck, zum einen als Führung für das bewegliche Schaltstück 14, zum andern, um das Entweichen des Gases in den Entspannungsraum 7 zu verhindern.

Starr am beweglichen Schaltstück 14 ist ein axialer Anschlag 32 befestigt, an dem sich eine koaxial zum beweglichen Schaltstück 14 montierte Schraubenfeder 31 abstützt. Diese belastet in Aufwärtsrichtung eine Schale 30, welche koaxial zum beweglichen Schaltstück 14 gleiten kann. Die axialen Bewegungen der Schale 30 werden durch einen an ihr angeordneten radialen Finger 33 begrenzt, welcher in einen Längsspalt 34 im beweglichen Schaltstück 14 eingreift.

Das zylindrische Gehäuse 5 ist mit Schrauben 35 am unteren Teil eines Zylinders 36 befestigt, welcher an seinem oberen Teil am Deckel 2 befestigt ist. Im Inneren des Zylinders 36 kann ein beweglicher Ringkolben 37 sowohl am leitenden Stift 3 als auch an der Innenwand des Zylinders 36 gleiten. Der Kolben 37 ist in Abwärtsrichtung mit einer Schraubenfeder 38 belastet, welche eine geringere Federkraft als die Feder 31 aufweist.

Der Zylinder 36 ist am unteren Teil durch die Scheibe 3a des leitenden Stiftes 3 verschlossen; dieses scheibenförmige Teil ist mit Bohrungen 60 für den Gasdurchgang versehen. Die Bohrungen 60 sind mit Rückschlagklappen 39 derart verschlossen, dass sie Gas aus dem Raum 40, welcher durch die Scheibe 3a und den Kolben 37 gebildet wird, nur herausströmen, nicht jedoch hineinströmen kann.

Am Kolben 37 befestigte Stifte 41, welche sich parallel zum leitenden Stift 3 und zum beweglichen Schaltstück 14 erstrek-ken, können in Längsbohrungen 42 der Scheibe 3a und des zylindrischen Gehäuses 5 gleiten. In geschlossener Stellung des beweglichen Schaltstückes 14 (rechter Teil der Fig. 1) stehen die Stifte 41 am Anschlag gegen die Scheibe 30; hierdurch ist ebenfalls der Kolben 37 am Anschlag gegen den oberen Flansch 36a des Zylinders 36; die Federn 31 und 38 sind gespannt.

Die Funktionsweise des beschriebenen Schalters ist folgende: Rechts in der Figur ist der Schalter in geschlossener Stellung gezeigt. Zum Abschalten des Stromes wird das bewegliche Schaltstück 14 mit einem geeigneten, nicht dargestellten Verstellmechanismus abwärts bewegt. Wenn es sich vom feststehenden Schaltstück 4 fortbewegt und sein oberes Ende auf die Höhe der Ringelektrode 18 gelangt, bildet sich ein primärer Lichtbogen 27 zwischen dieser Ringelektrode 18 und der mit der Spule 11 verbundenen Ringelektrode 12. Unter der Wirkung des von der Spule 11 erzeugten magnetischen Feldes wird der primäre Lichtbogen 27 radial nach aussen abgelenkt, längt sich und rotiert im Raum 26 zwischen den Elektroden 12 und 18. Die vom primären Lichtbogen ausgehende Wärme heizt die

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im Verdichtungsraum enthaltenen Gase auf und erhöht deren Druck dadurch, dass die Bohrung 16 im beweglichen Schaltstück 14 durch den Stift 13 verschlossen bleibt. Bei der weiteren Abwärtsbewegung des beweglichen Schaltstückes 4, deren oberes Ende sich von der zylindrischen Verlängerung 25 der Ringelektrode 18 entfernt, entsteht zwischen dieser Verlängerung 25 und dem oberen Ende des beweglichen Schaltstückes 14 ein sekundärer Lichtbogen 28 (linker Teil der Fig. 1).

In diesem Moment wird die Bohrung 16 im beweglichen Schaltstück 14 nicht mehr durch den Stift 13 verschlossen und die Bohrungen 17 befinden sich auf der Höhe des Entspannungsraums 7. Die im Verdichtungsraum komprimierten Gase können sich nunmehr mit hoher Geschwindigkeit in den Entspannungsraum hinein entspannen und dabei den Lichtbogen 28 ausblasen.

Parallel zur thermischen Wirkung des primären Lichtbogens 27 hilft zusätzlich ein Teil kolbenverdichteter (37) Gase, den Lichtbogen 28 während des letzten Teiles des Öffnungshubes des beweglichen Schaltstückes 14 zu löschen. In der Tat schleppt das bewegliche Schaltstück 14 nach einer gewissen Zeitverzögerung die Schale 30 abwärts, und zwar von dem Moment an, wo die Feder 31, die sich entspannt, nicht mehr die Kraftwirkung der Feder 38 kompensiert. Hierauf fährt der Kolben 37 unter der Federwirkung 38 abwärts und verdichtet das Gas in der Kammer 40. Dieses strömt durch die Öffnungen 60 und die geöffneten Rückschlagklappen 39 in den Raum 6 ein und bläst dabei den Lichtbogen 28 aus, falls bis dahin die Eigenlöschung durch die heissen, verdichteten Gase noch nicht stattgefunden hat, was insbesondere bei Strömen mit schwacher Intensität oder niedriger Frequenz (16% Hz) der Fall sein kann.

Das Schliessen des Schalters geschieht durch Hochheben des beweglichen Schaltstückes 14. Bei dieser Aufwärtsbewegung schlägt die Schale 30 an das untere Ende der Stifte 41, wodurch der Kolben 37 in der Kammer 40 angehoben wird. Frischgas gelangt dabei in die Kammer 40 über Bohrungen 43 im Zylinder 36, über radiale Kanäle 44 in einem äusseren Kragen 37a des Kolbens 37 und über eine in einer Bohrung des Kolbens 37 angeordnete Rückschlagklappe.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Gleiche Elemente wie in Fig. 1 oder solche mit gleicher Funktion sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Im Gegensatz zur Fig. 1, in welcher der Zylinder 36 am Deckel 2 des zylindrischen Gehäuses 1 befestigt war, wird er von einer Abstandshülse 47 in einer festen Distanz zum Boden 46 des Gehäuses 1 getragen. Der bewegliche Kolben 37 kann im Innern des Zylinders 36 auf einem Schaft 48 gleiten, welcher eine axiale Verlängerung des beweglichen Schaltstückes ist und mit diesem über einen Isolator 49 verbunden ist.

In geschlossener Schalterstellung wird der Kolben 37 durch die Feder 38 in Kontakt mit einem am Schaft 48 angeordneten, axialen Anschlag 32 gehalten, wobei die Feder 38 sich an einem weiteren, am Schaft 48 oder am Isolator 49 angeordneten, axialen Anschlag 51 abstützt. Die Feder 31 ist in der Kammer 40 zwischen dem Kolben 37 und dem Boden 36b des Zylinders 36 untergebracht. Wie in der Ausführung gemäss Fig. 1 weist die Feder 31 eine grössere Federkraft auf als die Feder 38, jedoch sind bei geschlossenem Schalter beide Federn nicht mehr vollständig, sondern nur leicht gespannt.

Das untere Teil der Kammer 40 ist mit dem Raum 6 über eine Leitung 52 verbunden, in welcher die Rückschlagklappe 39 angeordnet ist. In der Zone, in die das Löschgas hineinströmt, ist die Leitung 52 mit einer feuerfesten Schutzhülse 53 ummantelt.

Die Funktionsweise des in Fig. 2 gezeigten Schalters ist nahezu die gleiche wie jene des in Fig. 1 dargestellten. Gegenüber der Abwärtsbewegung des beweglichen Schaltstückes 14 und des Schaftes 48 vollzieht sich die Abwärtsbewegung des Kolbens 37 mit einer gewissen Zeitverzögerung.

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Dadurch, dass die Feder 31 die grössere Kraft hat, wird während des ersten Teiles des Abwärtshubes des Schafts 48 zunächst nur die Feder 38 zusammengedrückt, ohne dass sich der Kolben 37 bewegt. Sowie die Kräfte beider Federn sich ausgleichen, komprimiert der Kolben 37 das in der Kammer 40 enthaltene Gas, welches über die Rückschlagklappe 39 in den Raum 6 gelangt und dort dem durch Erwärmung komprimierten Gas zugeführt wird, um die Lichtbogen-Löschung zu vollenden, falls diese noch nicht stattgefunden hat

Bei beiden beschriebenen Ausführungen kann die Wirkung der mechanischen Löscheinrichtung noch dahingehend verzö-5 gert werden, dass die Rückschlagklappe 39 tarierte Klappen sind, die erst dann öffnen, wenn die Druckdifferenz in den Räumen 6 und 40 einen vorbestimmten Wert übersteigt.

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1 Blatt Zeichnungen

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621887 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrischer Hochspannungsschalter, bei welchem eine mit Isoliergas gefüllte Löschkammer einen von einem Entspannungsraum getrennten Verdichtungsraum aufweist, ferner ein bewegliches und ein feststehendes Schaltstück sowie einen Durchlass vom Verdichtungsraum in den Entspannungsraum für das im Verdichtungsraum durch den Lichtbogen erhitzte und für die Löschung herangezogene Gas, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Löscheinrichtung (36,37) mit Kolben und Zylinder vorgesehen ist, die in Korrelation mit der Öffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes (14) betätigbar ist und die mit dem Verdichtungsraum (6) über eine Rückschlagklappe (39) derart verbunden ist, dass Gas nur von der mechanischen Löscheinrichtung (36,37) in den Verdichtungsraum (6) strömen kann.

2. Hochspannungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Löscheinrichtung (36,37) mechanisch mit dem beweglichen Schaltstück (14) über ein Verzögerungsglied (30,31,38,41 ; 31,38,50,51) derart verbunden ist, dass sie gegenüber der Öffnungsbewegung des beweglichen Schaltstückes (14) mit einer Zeitverzögerung betätigbar ist.