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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäss dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Aus
den beiden Offenlegungsschriften
DE 196 13 568 A1 und
DE 196 13 569 A1 ist ein
Leistungsschalter bekannt, der in einem elektrischen Hochspannungsnetz
eingesetzt werden kann, insbesondere auch als Generatorschalter.
Dieser Leistungsschalter weist eine zylindrisch ausgebildete Löschkammer
auf, die mit SF
6-Gas als Lösch- und Isoliermedium
gefüllt
ist. Diese Löschkammer
weist eine Leistungsstrombahn auf, in welcher die abbrandfesten
Abbrandkontakte liegen, die im Einschaltzustand durch einen Überbrückungskontakt verbunden
sind, ferner weist sie eine separate, mit den Nennstromkontakten
bestückte
Nennstrombahn auf. Die Kontakte in den beiden Strombahnen werden über ein
Hebelgestänge
von einem Antrieb betätigt,
wobei das Hebelgestänge
so ausgelegt ist, dass die Nennstromkontakte stets mit einer kleineren
Geschwindigkeit als der Überbrückungskontakt
beweglich sind. Beim Ausschalten laufen die Nennstromkontakte und
der Überbrückungskontakt
gemeinsam los, jedoch wird stets zuerst die Nennstrombahn unterbrochen,
worauf der abzuschaltende Strom auf die Leistungsstrombahn kommutiert.
Die Leistungsstrombahn führt
dann den Strom weiter bis zu dessen definitiver Abschaltung. Derartige
Leistungsschalter benötigen
in der Regel eine vergleichsweise hohe Antriebsenergie. Am Ende
des Ausschalthubes der Kontakte muss die kinetische Energie der
bewegten Teile, insbesondere die der eine vergleichsweise grosse
Masse aufweisenden Nennstromkontakte, aufwendig abgedämpft werden.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet
ist, löst
die Aufgabe, einen Leistungsschalter zu schaffen, der preisgünstig zu
erstellen ist.
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Die
durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass
der Leistungsschalter eine geringere Antriebsenergie benötigt und
daher mit einem schwächeren
und deshalb preisgünstigeren
Antrieb ausgerüstet
werden kann.
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Der
Leistungsschalter ist mit mindestens einer mit einem isolierenden
Medium, insbesondere SF6-Gas, gefüllten, rotationssymmetrisch
ausgebildeten, entlang einer Längsachse
erstreckten Löschkammer
versehen. Die Löschkammer
weist eine Leistungsstrombahn mit einem zentralen Schaltstift und
eine separate, mit Nennstromkontakten versehene Nennstrombahn auf.
Die Löschkammer
wird mit einem Antriebsgestänge
betätigt,
welches den Schaltstift und die Nennstromkontakte bewegt. Das Antriebsgestänge ist
so ausgelegt, dass am Beginn des Ausschaltvorgangs der Schaltstift
solange in einer ersten Totpunktstellung verbleibt, bis die Nennstrombahn
unterbrochen ist. Der Schaltstift ist danach mit einer wesentlich
höheren
Geschwindigkeit in die Ausschaltrichtung bewegbar als die Nennstromkontakte.
Die Nennstromkontakte laufen gegen Ende ihres Ausschalthubes in
eine zweite Totpunktstellung ein. Der Schaltstift erreicht erst
nachdem die Nennstromkontakte ihre Ausschaltbewegung beendet haben
seine Ausschaltstellung. Bei Beginn des Einschaltvorgangs verbleiben
die Nennstromkontakte solange in dieser zweiten Totpunktstellung,
bis die Vorzündung
des Einschaltlichtbogens erfolgt ist. Die Nennstromkontakte werden
auf diese Art vorteilhaft vor Beschädigungen durch einen Lichtbogen
geschützt.
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Der
Leistungsschalter weist mindestens eine gekoppelt mit den Nennstromkontakten
bewegliche erste Kolben-Zylinder-Anordnung auf, in welcher ein Teil
des die Löschkammer
füllenden
isolierenden Mediums in einem Kompressionsvolumen durch einen Kolben
beim Ausschalten druckbeaufschlagt wird. Das so erzeugte druckbeaufschlagte
isolierende Medium, häufig
ist dies SF6-Gas, wird zur Unterstützung der
Beblasung des Lichtbogens verwendet, wodurch das Ausschaltvermögen des
Leistungsschalters vorteilhaft verbessert wird, insbesondere auch
bei kleinen Abschaltströmen.
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Als
besonders vorteilhaft wirkt es sich aus, dass bei diesem Leistungsschalter
zumindest ein Teil der kinetischen Energie, welche die Nennstromkontakte
gegen Ende ihres Ausschalthubes haben, mit Hilfe des Antriebsgestänges für die Beschleunigung des
Schaltstifts und für
die Bewegung eines mit dem Schaltstift verbundenen Kompressionskolbens
nutzbar ist. Wenn dieser Vorteil ausgenutzt wird, kann der Antrieb
wesentlich schwächer
dimensioniert werden, was sich auch preislich günstig auswirkt.
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Die
weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile
werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche lediglich einen
möglichen Ausführungsweg
darstellt, näher
erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Es
zeigen:
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1 einen
Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform eines stark vereinfacht
dargestellten Leistungsschalters im ausgeschalteten Zustand,
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2 diese
Ausführungsform
des stark vereinfacht dargestellten Leistungsschalters im eingeschalteten
Zustand,
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3, 4 und 5 verschiedene
markante Positionen der ersten Ausführungsform des Leistungsschalters
im Verlauf seiner Ausschaltbewegung,
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6 den
Bewegungsablauf einer Ausschaltung der ersten Ausführungsform
des Leistungsschalters,
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7a, 7b und 7c jeweils
einen Teilschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines stark vereinfacht
dargestellten Leistungsschalters im eingeschalteten Zustand,
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8a und 8b stark
vereinfachte konstruktive Details der zweiten Ausführungsform
des Leistungsschalters,
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9a, 9b, 10a und 10b zwei markante
Positionen der zweiten Ausführungsform des
Leistungsschalters im Verlauf seiner Ausschaltbewegung.
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Bei
allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Alle für das
unmittelbare Verständnis
der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind nicht dargestellt
bzw. nicht beschrieben.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Die 1 zeigt
einen Teilschnitt durch eine erste Ausführungsform eines stark vereinfacht
dargestellten Leistungsschalters 1 im ausgeschalteten Zustand.
Der Leistungsschalter 1 weist eine Löschkammer 2 auf, die
hier entlang einer gemeinsamen Längsachse 3 erstreckt
montiert und konzentrisch zu dieser angeordnet ist. Die Löschkammer 2 wird
von einem nicht dargestellten Antrieb über ein Antriebsgestänge 4 angetrieben.
Als Antrieb kann beispielsweise ein herkömmlicher Kraftspeicherantrieb
vorgesehen werden. Antriebsseitig ist die Löschkammer 2 mit einem
konzentrisch zur Längsachse 3 angeordneten,
druckdichten metallischen Gehäuse 5 verbunden,
welches das Antriebsgestänge 4 umschliesst und
welches auf der der Löschkammer 2 abgewandten
Seite mit nicht dargestellten Anschlüssen für die Stromführung versehen
ist. Das Gehäuse 5 umschliesst
ein erstes Auspuffvolumen 6.
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Auf
der dem Antrieb abgewandten Seite ist die Löschkammer 2 mit einem
konzentrisch zur Längsachse 3 angeordneten,
druckdichten metallischen Auspuffgehäuse 7 verbunden, welches
auf der der Löschkammer 2 abgewandten
Seite mit nicht dargestellten Anschlüssen für die Stromführung versehen
ist. Das Auspuffgehäuse 7 umschliesst
ein zweites Auspuffvolumen 8. Das Gehäuse 5 und das Auspuffgehäuse 7 sind
mittels eines druckdichten, konzentrisch zur Längsachse 3 angeordneten
Isolierrohres 9 starr und druckdicht miteinander verbunden, wobei
das durch diese Bauteile umschlossene Volumen mit SF6-Gas gefüllt ist,
welches mit Druck beaufschlagt ist. Für diesen Leistungsschalter 1 ist,
je nach zu erwartender Aussentemperatur, ein Fülldruck im Bereich von etwa
5 bar bis 8 bar vorgesehen. Das Gehäuse 5 und das Auspuffgehäuse 7 werden
durch nicht dargestellte isolierende Stutzer getragen und gegen
Erde isoliert. Die Kraftübertragung
vom Antrieb auf das Antriebsgestänge 4 erfolgt
mittels eines elektrisch isolierenden Bauteils.
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Die
Löschkammer 2 weist
eine Nennstrombahn und parallel zu ihr eine im Zentrum gelegene, axial
erstreckte Leistungsstrombahn auf. Die Nennstrombahn führt im eingeschalteten
Zustand des Leistungsschalters 1 vom Auspuffgehäuse 7 über eine
angeformte ringförmig
ausgebildete Kontaktauflage 10, über axial bewegliche Nennstromkontakte 11 auf
eine an das Gehäuse 5 angeformte
Kontaktauflage 12 und durch das Gehäuse 5 hindurch. Die Leistungsstrombahn
führt im
eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters 1 vom Auspuffgehäuse 7 her über eine
Kontaktfingeranordnung 13, einen als Überbrückungskontakt dienenden zentral
angeordneten Schaltstift 14, über in eine mit dem Gehäuse 5 elektrisch
leitend verbundene Kontakthalterung 15, in welche Spiralkontakte 16 eingelegt
sind, auf das Gehäuse 5 und
durch dieses hindurch. Durch die Leistungsstrombahn fliesst jedoch
erst dann ein nennenswerter Strom, wenn die Nennstrombahn unterbrochen
ist.
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Die
Betätigung
der Nennstromkontakte 11 erfolgt über einen mit dem Antriebsgestänge 4 verbunden
Ring 17, der hier nur schematisch angedeutet ist. Der Ring 17 ist über mehrere
am Umfang verteilte Stössel 18 mit
den in einem äusseren
Löschkammervolumen 19 beweglich
angeordneten Nennstromkontakten 11 mechanisch verbunden.
Die Stössel 18 werden
in entsprechenden Durchbrüchen
in der der Löschkammer 2 zugewandten
Stirnwand des Gehäuses 5 geführt. Der
Ring 17 ist zudem mit Kolbenstangen 20 verbunden,
welche ebenfalls in entsprechenden Durchbrüchen in der der Löschkammer 2 zugewandten
Stirnwand des Gehäuses 5 geführt werden.
Die Kolbenstangen 20 sind mit jeweils einem Kolben 21 verbunden,
der jeweils ein zylindrisch ausgebildetes Kompressionsvolumen 22 abtrennt
von dem äusseren
Löschkammervolumen 19.
Es sind eine Vielzahl von einzelnen Kolben 21 mit dem jeweils zugehörigen Kompressionsvolumen 22 konzentrisch
um die Längsachse 3 herum
angeordnet, es ist jedoch auch vorstellbar, dass ein einzelner ringförmig ausgebildeter
Kolben ein einzelnes ringförmig ausgebildetes
Kompressionsvolumen abtrennt, wobei dieser eine Kolben dann mit
mehreren Kolbenstangen betätigt
wird, um ein Verkanten desselben zu vermeiden.
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Jedes
Kompressionsvolumen 22 ist mittels eines Strömungskanals 23 mit
einem gemeinsamen Speichervolumen 24 verbunden. Das Speichervolumen 24 ist
als inneres Löschkammervolumen
anzusehen, welches mittels einer zylindrisch ausgebildeten elektrisch
isolierenden Trennwand 25 druckdicht von dem äusseren
Löschkammervolumen 19 getrennt
ist. Im Zentrum des Speichervolumens 24 ist im Bereich
zwischen der abbrandfesten Kontaktfingeranordnung 13 und
der Spitze des Schaltstifts 14 eine Lichtbogenzone 26 vorgesehen.
Im Zentrum der Kontaktfingeranordnung 13 ist eine Öffnung 27 vorgesehen,
welche die Lichtbogenzone 26 mit dem Auspuffvolumen 8 verbindet.
Eine weitere Öffnung 28,
welche die dem Antrieb abgewandte Stirnwand des Gehäuses 5 durchbricht,
verbindet die Lichtbogenzone 26 mit dem Auspuffvolumen 6.
Im unmittelbar an die Lichtbogenzone 26 anschliessenden
Bereich ist diese Öffnung 28 mit
einer düsenartig
ausgebildeten Auskleidung 29 aus einem Isoliermaterial, beispielsweise
aus PTFE, versehen, welche den Schaltstift 14 in der Einschaltstellung
vergleichsweise eng umschliesst.
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Der
Schaltstift 14 ist antriebsseitig mit einem Kolben 30 verbunden,
der in einem Zylinder 31 gleitet. Der Zylinder 31 ist
an die dem Antrieb abgewandte Stirnwand des Gehäuses 5 angeformt.
Auf der antriebsseitigen Seite des Kolbens 30 ist ein Kompressionsvolumen 32 vorgesehen,
welches unmittelbar vor dem Erreichen der Ausschaltstellung zum
Abdämpfen
der Bewegung des Schaltstifts 14 dient. Während der übrigen Dauer
der Ausschaltbewegung des Schaltstifts 14 ist das Kompressionsvolumen 32 mittels
Strömungskanälen 33 mit
dem Speichervolumen 24 verbunden.
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Das
Antriebsgestänge 4 weist
vier ortsfeste Drehachsen 34, 35, 36 und 37 auf,
die parallel zueinander verlaufen. Die Drehachsen 34, 35, 36 und 37 verlaufen
senkrecht zur Schnittebene der 1 und damit
zur Längsachse 3.
Die Drehachse 34 ist die Achse einer nicht dargestellten
Drehwelle aus elektrisch isolierendem Material, die einen Scheitel
eines Winkelhebels 38 starr mit dem nicht dargestellten, auf
Erdpotential liegenden Antrieb verbindet. Diese elektrisch isolierende
Drehwelle wird mittels einer druckdichten Drehdurchführung durch
die Wand des Gehäuses 5 geführt.
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Der
metallische Winkelhebel 38 weist an den Enden seiner beiden
Schenkel zwei Drehpunkte 39 und 40 auf. An den
Drehpunkt 39 ist ein Hebel 41 eines ersten Teilgestänges angelenkt,
der den Winkelhebel 38 mit einem Drehpunkt 42 eines
sich um die ortsfeste Drehachse 35 drehenden Scheitels
eines Winkelhebels 43 verbindet. Der Drehpunkt 42 liegt am
Ende eines der Schenkel des Winkelhebels 43, dessen anderer
Schenkel an seinem Ende einen zweiten Drehpunkt 44 aufweist,
an welchen ein Hebel 45 angelenkt ist. Die andere Seite
des Hebels 45 ist mittels eines Drehpunkts 46 an
den Ring 17 angelenkt. Um ein verkantungsfreies Betätigen des
Rings 17 zu gewährleisten,
wird diese beschriebene Hebelverbindung mit dem Ring 17 an
zwei einander gegenüberliegenden
Stellen vorgesehen. Aus der 3 ist diese
beschriebene Hebelverbindung mit dem Ring 17 besser ersichtlich.
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An
den Drehpunkt 40 des Winkelhebels 38 ist ein Hebel 47 eines
zweiten Teilgestänges
angelenkt, der den Winkelhebel 38 mit einem Drehpunkt 48 eines
sich um die ortsfeste Drehachse 36 drehenden Scheitels
eines Winkelhebels 49 verbindet. Der Drehpunkt 48 liegt
am Ende eines der Schenkel des Winkelhebels 49, dessen
anderer Schenkel an seinem Ende einen zweiten Drehpunkt 50 aufweist,
an welchen ein Hebel 51 angelenkt ist, der den Winkelhebel 49 mit
einem beweglichen Drehpunkt 52 eines sich um die ortsfeste
Drehachse 37 drehenden Winkelhebels 53 verbindet.
Die Drehachse 37 ist mit dem Ende eines Schenkels des Winkelhebels 53 verbunden.
Der Drehpunkt 52 liegt im Scheitel des Winkelhebels 53,
während
ein weiterer Drehpunkt 54 am Ende des anderen Schenkels
des Winkelhebels 53 vorgesehen ist. An diesen weiteren
Drehpunkt 54 ist ein Hebel 55 angelenkt, der den
Winkelhebel 53 mit einem Drehpunkt 56 verbindet.
Der Drehpunkt 56 ist am antriebsseitigen Ende des in axialer
Richtung beweglichen Schaltstifts 14 angebracht.
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Das
Antriebsgestänge 4 ist
so ausgelegt, dass sich beim Ausschalten stets die durch das erste Teilgestänge betätigten Nennstromkontakte 11 zuerst öffnen und
die Nennstrombahn unterbrechen, erst danach wird der zunächst in
einer Totpunktstellung verharrende Schaltstift 14 durch
das zweite Teilgestänge
betätigt.
Der Gesamthub und die mittlere Geschwindigkeit des Schaltstifts 14 ist
stets grösser als
der Gesamthub und die mittlere Geschwindigkeit der Nennstromkontakte 11.
Der Schaltstift 14 bewegt sich nach einer Beschleunigungsphase
mit einer wesentlich grösseren
maximalen Geschwindigkeit, sie liegt im Bereich von etwa 10 m/sec
bis 20 m/sec, als die Nennstromkontakte 11, die sich mit
maximalen Geschwindigkeiten im Bereich von etwa 2 m/sec bis 6 m/sec
bewegen.
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Beim
Einschalten bewegt sich stets zuerst der Schaltstift 14 und
schliesst den Stromkreis, die anfangs in einer Totpunktstellung
verharrenden Nennstromkontakte 11 schalten erst danach
ein. Die Bewegungsverläufe
bei einer Ausschaltung sind in der 6 zeitabhängig dargestellt.
Die Kurve A der 6 stellt die Bewegung des Antriebs
dar, welcher den Hub H3 zurücklegt,
die Kurve B stellt die Bewegung der Nennstromkontakte 11 bzw.
der Kolben 21 dar, welche den Hub H1 zurücklegen,
und die Kurve C stellt die Bewegung des Schaltstifts 14 dar,
welcher den Hub H2 zurücklegt. Es ist deutlich ersichtlich, dass
der Schaltstift 14 einen wesentlich grösseren Hub zurücklegt als
die Nennstromkontakte 11, und dass er sich mit einer wesentlich
grösseren
maximalen Geschwindigkeit bewegt, als die Nennstromkontakte 11.
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Die 2 zeigt
die stark vereinfacht dargestellte erste Ausführungsform des Leistungsschalters 1 im
eingeschalteten Zustand. In der 6 entspricht dies
dem Zeitpunkt T1. Der Winkelhebel 38 wurde durch
den Antrieb im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um den Leistungsschalter 1 von
der in 1 dargestellten Ausschaltposition in die in 2 dargestellte Einschaltposition
zu bewegen. Bei einer Drehung des Winkelhebels 38 im Uhrzeigersinn
erfolgt eine Ausschaltung des Leistungsschalters 1. Mittels
Variation der Länge
der Schenkel und des Winkels zwischen den Schenkeln des Winkelhebels 38 kann
das Antriebsgestänge 4 den
Anforderungen betreffend Hub und Geschwindigkeit des jeweils anzutreibenden
Schaltertyps sehr einfach und stufenlos angepasst werden. Für weitere
Anpassungen können auch
die übrigen
Bauteile des Antriebsgestänges 4 entsprechend
modifiziert werden.
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Die 3, 4 und 5 zeigen
verschiedene markante Positionen des Leistungsschalters 1 im
Verlauf seiner Ausschaltbewegung. Die 3 zeigt
den Leistungsschalter 1 in der Position unmittelbar nach
dem Unterbrechen der Nennstrombahn, die Nennstromkontakte 11 haben
sich gerade von der Kontaktauflage 10 getrennt, in der 6 entspricht dies
dem Zeitpunkt T2. Der Winkelhebel 38 hat
sich etwas gegen den Uhrzeigersinn gedreht, der Ring 17, und
mit ihm die Nennstromkontakte 11 und die Kolben 21,
bewegt sich in Richtung des Pfeils 57 parallel zur Längsachse 3.
Die Kraftübertragung
erfolgt vom Winkelhebel 38 über den Hebel 41,
den Winkelhebel 43 und den Hebel 45 auf eine starr
mit dem Ring 17 verbundene Lasche 58, in welcher
der Drehpunkt 46 gelagert ist. Wie bereits ausgeführt, ist
symmetrisch zu dieser Lasche 58 eine weitere derartige
Lasche und eine mit ihr verbundene gleichartige Hebelverbindung
vorgesehen. Obwohl sich die Nennstromkontakte 11 bereits
in Ausschaltrichtung bewegen, verbleibt der Schaltstift 14 der
Leistungsstrombahn noch in der Einschaltposition. Gleichzeitig mit
den Nennstromkontakten 11 bewegt sich der Kolben 21 und
beginnt das isolierende Medium in dem Kompressionsvolumen 22 zu
komprimieren. Wie ein Pfeil 59 andeutet, strömt das druckbeaufschlagte
Medium durch den Strömungskanal 23 aus
dem Kompressionsvolumen 22 in das Speichervolumen 24 ab,
wo es zunächst
gespeichert wird. Das den Schaltstift 14 betätigende
zweite Teilgestänge
verbleibt jedoch zunächst
noch in einer Totpunktstellung.
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Die
Nennstromkontakte 11 und der oder die Kolben 21 bewegen
sich vergleichsweise langsam weiter in Ausschaltrichtung, sobald
jedoch der Totpunkt des zweiten Teilgestänges überwunden ist, beginnt der
Schaltstift 14, wie dies aus der 4 ersichtlich
ist, mit einer vergleichsweise grossen maximalen Geschwindigkeit,
seinen Ausschalthub. In der 6 entspricht
dies dem Zeitpunkt T3. Der Kolben 30 komprimiert
das isolierende Medium in dem Kompressionsvolumen 32. Wie
ein Pfeil 60 andeutet, strömt das druckbeaufschlagte Medium
durch die Strömungskanäle 33 aus
dem Kompressionsvolumen 32 in das Speichervolumen 24 ein,
wo es zunächst
gespeichert wird.
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Beim
Erreichen ihres Hubes H1 haben die Nennstromkontakte 11,
bedingt durch ihre vergleichsweise grosse Masse, noch eine beträchtliche kinetische
Energie. Diese kinetische Energie wird über das Antriebsgestänge 4 an
den Schaltstift 14 abgegeben, der zu diesem Zeitpunkt T3 noch längst nicht
seine maximale Ausschaltgeschwindigkeit erreicht hat, um ihn weiter zu
beschleunigen. Der Antrieb des Leistungsschalters 1 kann
daher etwas schwächer
und damit billiger gestaltet werden, da er bei der Beschleunigung
des Schaltstifts 14 vorteilhaft durch diese sonst nicht
nutzbare kinetische Energie unterstützt wird.
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Die 5 zeigt
den Leistungsschalter 1 unmittelbar nach der Kontakttrennung
in der Leistungsstrombahn, zwischen der abbrandbeständigen Kontaktfingeranordnung 13 und
dem Schaltstift 14 brennt ein Lichtbogen 61 und
heizt die Lichtbogenzone 26 und mit ihr das Speichervolumen 24 auf.
Ein Teil des heissen Gases strömt
jedoch bereits durch die Öffnung 27 aus
der Lichtbogenzone 26 in das Auspuffvolumen 8 ab.
In der 6 entspricht dies dem Zeitpunkt T4.
Die Nennstromkontakte 11 und die Kolben 21 haben
bereits ihre definitive Ausschaltstellung erreicht, sodass von den
Kompressionsvolumina 22 kein druckbeaufschlagtes isolierendes
Medium in das Speichervolumen 24 nachströmt. Der
mit dem Schaltstift 14 verbundene Kolben 30 komprimiert
das isolierende Medium im Kompressionsvolumen 32 und es
strömt
durch die Strömungskanäle 33 in
das Speichervolumen 24 nach, um die Beblasung des Lichtbogens 61 zu
unterstützen,
wenn die dort herrschenden Druckverhältnisse dies erlauben.
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Der
Schaltstift 14 bewegt sich nun weiter in Ausschaltrichtung
und gibt dann die Öffnung 28 frei, die
eine zusätzliche
Strömung
der heissen Gase aus der Lichtbogenzone 26 in das Auspuffvolumen 6 ermöglicht.
Die Kühlung
des Lichtbogens 61 ist in diesem Bereich besonders intensiv,
sodass in der Regel eine Löschung
desselben auftritt, ehe der Schaltstift 14 seine definitive
Ausschaltstellung erreicht hat. Unmittelbar vor dem Erreichen dieser
Ausschaltstellung verschliesst der Kolben 30 die Eingänge der
Strömungskanäle 33,
sodass der verbleibende Rest des Kompressionsvolumens 32 von
nun an als pneumatisches Dämpfungsvolumen
genutzt werden kann, um die restliche kinetische Energie des Schaltstifts 14 beim
Erreichen der Ausschaltstellung wirkungsvoll abzudämpfen. Die
in der 1 dargestellte Ausschaltstellung wird im Zeitpunkt
T5 definitiv erreicht.
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Die
Einschaltbewegung des Leistungsschalters 1 verläuft umgekehrt
wie die oben beschriebene Ausschaltbewegung. Bei Beginn des Einschaltvorgangs
verbleiben die Nennstromkontakte 11 solange in einer Totpunktstellung,
bis die Vorzündung
des Einschaltlichtbogens zwischen dem sich bereits bewegenden Schaltstift 14 und
der abbrandbeständigen
Kontaktfingeranordnung 13 erfolgt ist. Erst danach laufen
sie in Einschaltrichtung los, sie schliessen den Nennstromkreis
jedoch erst dann, wenn der Einschaltlichtbogen nicht mehr brennt,
d. h. wenn der Schaltstift 14 in die Kontaktfingeranordnung 13 eingelaufen
ist.
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In
den 7a, 7b und 7c ist
eine zweite Ausführungsform
des Leistungsschalters 1 im eingeschalteten Zustand dargestellt.
In der 6 entspricht diese Position dem Zeitpunkt T1. Die Löschkammer 2 und
das Auspuffgehäuse 7 sind gleich
wie bei der ersten Ausführungsform
aufgebaut. In das Gehäuse 5 ist
zusätzlich
eine teilweise durchbrochene Zwischenwand 62 eingesetzt
worden, die sich senkrecht zur Längsachse 3 erstreckt. Das
Auspuffvolumen 6 erstreckt sich so bis auf die der Löschkammer 2 abgewandte
Seite der Zwischenwand 62. Das Auspuffvolumen 6 wird
durch eine druckdicht an das Gehäuse 5 angeformte
Wand 63 abgeschlossen, die sich senkrecht zur Längsachse 3 erstreckt.
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In
die Zwischenwand 62 und die Wand 63 sind, wie
in der 7a gezeigt, einander genau gegenüberliegend
und parallel zueinander Führungsnuten 64 und 65 eingelassen,
welche als Führung
für eine
Kulissenplatte 66 dienen. Die Führungsnuten 64 und 65 verlaufen
radial zur Längsachse 3.
Diese Kulissenplatte 66 ist mittels einer elektrisch isolierenden Zugstange 67 mit
dem nicht dargestellten Antrieb verbunden und ist in Richtung des
Pfeils 68 nach oben beweglich. Die Zugstange 67 wird
druckdicht durch die Wand des Gehäuses 5 hindurchgeführt. In die
Kulissenplatte 66 sind Führungsnuten 69 und 70 eingefräst, in welchen
das Ende eines Bolzens 71 geführt wird. Der Bolzen 71 ist
einseitig in einer mit dem Schaltstift 14 starr verbundenen
Haltegabel 72 befestigt. Wie aus der 7c ersichtlich,
umfasst die Haltegabel 72 die Kulissenplatte 66,
sodass der Bolzen 71 von oben in die Führungsnuten 69 und 70 eingreifen
kann. Die Haltegabel 72 ist so gestaltet, dass der Bolzen 71 nicht
den Eingriff in die Führungsnuten 69 und 70 verlieren
kann. Die Haltegabel 72 wird in der Zwischenwand 62 in
axialer Richtung geführt.
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Wie
aus den 7b und 7c ersichtlich ist,
sind in die Zwischenwand 62 und die Wand 63 parallel
zu den Führungsnuten 64 und 65 und
von diesen beabstandet weitere Führungsnuten 73 und 74 eingelassen,
welche als Führung
für eine
Kulissenplatte 75 dienen. Diese Kulissenplatte 75 ist
mittels einer elektrisch isolierenden Zugstange 76 mit
dem nicht dargestellten Antrieb verbunden und ist in Richtung des
Pfeils 77 beweglich. Die Zugstange 76 wird druckdicht
durch die Wand des Gehäuses 5 hindurchgeführt. In
die Kulissenplatte 75 sind Führungsnuten 78 und 79 eingefräst, in welchen
das Ende eines Bolzens 80 geführt wird. Der Bolzen 80 ist
einseitig in einer mit dem Ring 17 starr verbundenen Haltegabel 81 befestigt.
Wie aus der 7c ersichtlich, umfasst die
Haltegabel 81 die Kulissenplatte 75, sodass der
Bolzen 80 von oben in die Führungsnuten 78 und 79 eingreifen
kann. Die Haltegabel 81 ist so gestaltet, dass der Bolzen 80 nicht
den Eingriff in die Führungsnuten 78 und 79 verlieren
kann. Die Haltegabel 81 wird in der Zwischenwand 62 in
axialer Richtung geführt.
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Um
ein Verkanten des Rings 17 bei der Betätigung der Nennstromkontakte 11 und
der Kolben 21 zu vermeiden, ist auf der anderen Seite der
Kulissenplatte 66 im gleichen Abstand zu dieser wie die
Kulissenplatte 75 eine weitere gleichartige Kulissenplatte 82 vorgesehen,
die gleich ausgebildet und gleich geführt und betätigt wird wie die Kulissenplatte 75 und deren
Halterung hier deshalb nicht mehr beschrieben werden muss.
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In
der 8a ist die Kulissenplatte 66 für die Betätigung des
Schaltstifts 14 schematisch dargestellt. Die Pfeile 83 in
der Führungsnut 69 geben
die Richtung an, in welche der Bolzen 71 bewegt wird, wenn
die Kulissenplatte 66 beim Ausschalten des Leistungsschalters 1 nach
oben gezogen wird. Mit dem Bolzen 71 wird die Haltegabel 72 und
mit ihr der Schaltstift 14 axial in Ausschaltrichtung bewegt.
Die Geschwindigkeit des Antriebs und die Kurvenform der Führungsnut 69 ist
so gewählt,
dass der Schaltstift 14 die in der 6 in Kurve
C dargestellte Bewegung absolviert.
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Kurz
bevor der Schaltstift 14 seine Ausschaltstellung erreicht,
wird eine mit einer nicht dargestellten Feder beaufschlagte Klappe 84 gegen
die Kraft dieser Feder in eine Vertiefung der Wand der Führungsnut 69 gedrückt, sodass
der Bolzen 71 passieren kann. Sobald der Bolzen 71 die
Klappe 84 passiert hat, blockiert die Klappe 84 die
Führungsnut 69 und
der Bolzen 71 wird mittels der Kraft einer nicht dargestellten
Feder zurück
in die in 8a dargestellte Position bewegt.
Beim Einschalten, wenn die Kulissenplatte 66 nach unten
gedrückt
wird, wird der Bolzen 71 in der Führungsnut 70 in Richtung
des Pfeils 85 bewegt. Der Verlauf der Einschaltbewegung dieser
zweiten Ausführungsform
des Leistungsschalters 1 unterscheidet sich deshalb etwas
von demjenigen der ersten Ausführungsform
des Leistungsschalters 1. Kurz bevor der Schaltstift 14 seine
Einschaltstellung erreicht, wird eine mit einer nicht dargestellten
Feder beaufschlagte Klappe 86 gegen die Kraft dieser Feder
beiseite gedrückt,
sodass der Bolzen 71 passieren kann. Sobald der Bolzen 71 die
Klappe 86 passiert hat, blockiert die Klappe 86 die
Führungsnut 70,
und der Schaltstift 14 und mit ihm der Bolzen 71 befinden
sich nun in ihrer definitiven Einschaltstellung.
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In
der 8b ist die Kulissenplatte 75 für die Betätigung der
Nennstromkontakte 11 und der Kolben 21 schematisch
dargestellt. Der Pfeil 87 in der Führungsnut 78 gibt
die Richtung an, in welche der Bolzen 80 bewegt wird, wenn
die Kulissenplatte 75 beim Ausschalten des Leistungsschalters 1 nach oben
gezogen wird. Mit dem Bolzen 80 wird die Haltegabel 81 und
mit ihr der Ring 17 axial in Ausschaltrichtung bewegt.
Die Geschwindigkeit des Antriebs und die Kurvenform der Führungsnut 78 ist
so gewählt,
dass der Ring 17 und mit ihm die Nennstromkontakte 11 die
in der 6 in Kurve B dargestellte Bewegung absolviert.
Kurz bevor die Nennstromkontakte 11 ihre Ausschaltstellung
erreichen, wird eine mit einer nicht dargestellten Feder beaufschlagte Klappe 88 gegen
die Kraft dieser Feder auf die Seite gedrückt, sodass der Bolzen 80 passieren
kann. Sobald der Bolzen 80 die Klappe 88 passiert
hat, blockiert die Klappe 88 die Führungsnut 78. Beim
Einschalten, wenn die Kulissenplatte 75 nach unten gedrückt wird,
wird der Bolzen 80 in der Führungsnut 79 in Richtung
des Pfeils 89 bewegt. Der Verlauf der Einschaltbewegung
dieser zweiten Ausführungsform des
Leistungsschalters 1 unterscheidet sich deshalb etwas von
demjenigen der ersten Ausführungsform des
Leistungsschalters 1. Kurz bevor die Nennstromkontakte 11 ihre
Einschaltstellung erreichen, wird eine mit einer nicht dargestellten
Feder beaufschlagte Klappe 90 gegen die Kraft dieser Feder
beiseite gedrückt,
sodass der Bolzen 80 passieren kann. Sobald der Bolzen 80 die
Klappe 90 passiert hat, blockiert die Klappe 90 die
Führungsnut 79,
und die Nennstromkontakte 11 und mit ihnen der Bolzen 80 befinden
sich in ihrer Einschaltstellung. Die Kulissenplatte 82 ist,
wie bereits ausgeführt,
genau gleich ausgestaltet wie die hier beschriebene Kulissenplatte 75.
-
Um
die Anzahl der druckdichten Durchführungen für die Zugstangen 67 und 76 zu
reduzieren, können
diese Betätigungselemente
im Innern des Gehäuses 5 für eine gemeinsame
Betätigung
zusammengefasst werden, sodass nur eine einzige Durchführung durch
die Wand des Gehäuses 5 nötig ist.
Es ist prinzipiell aber auch möglich,
den Schaltstift 14 und die Nennstromkontakte 11 mit
zwei getrennten Antrieben zu bewegen, um so eine grössere Vielfalt der
einstellbaren Bewegungsverläufe
zu erreichen.
-
Die 9a und 9b zeigen
den Leistungsschalter 1 in der Position, die etwa dem Zeitpunkt
T4 in der 6 entspricht.
Die 9a zeigt die Betätigung des Schaltstifts 14 und
die 9b die Nennstromkontakte 11 in einer
Totpunktstellung. Zwischen der abbrandbeständigen Kontaktfingeranordnung 13 und
dem Schaltstift 14 brennt ein Lichtbogen 61 und
heizt die Lichtbogenzone 26 und mit ihr das Speichervolumen 24 auf.
Ein Teil des heissen Gases strömt
jedoch bereits aus der Lichtbogenzone 26 ab, usw., wie
dies bereits früher
beschrieben wurde. Die 10a und 10b zeigen die stark vereinfacht dargestellte
zweite Ausführungsform
des Leistungsschalters 1 im definitiv ausgeschalteten Zustand.
-
Der
Leistungsschalter 1 ist für besonders grosse Ströme, insbesondere
auch grosse Nennströme
und Kurzschlussströme,
ausgelegt, wie sie beispielsweise in einem Kraftwerk im Bereich
nach dem Generator auftreten können.
Besonders wenn im Fehlerfall grosse Kurzschlussströme fliessen,
ist mit Streuströmen
in allen Metallteilen in der Nähe
der Strombahn zu rechnen. Es erweist sich daher als sinnvoll, zur
Vermeidung von streustrombedingten Folgeschäden die Metallteile des Antriebsgestänges 4 so
auszubilden, dass sie sich metallisch nicht berühren können.
-
Die
beschriebenen Bewegungsabläufe
können
auch mittels eines hydraulischen Antriebs sehr einfach erreicht
werden. Ein derartiger Antrieb ist besonders dort vorteilhaft, wo
bereits hydraulische Steuerungen für andere Zwecke eingesetzt
werden, wie dies in vielen Kraftwerken der Fall ist, sodass keine
separate Hydraulikanlage erstellt werden muss, damit kann eine weitere
preisgünstige
Antriebsvariante eingesetzt werden.
-
- 1
- Leistungsschalter
- 2
- Löschkammer
- 3
- Längsachse
- 4
- Antriebsgestänge
- 5
- Gehäuse
- 6
- Auspuffvolumen
- 7
- Auspuffgehäuse
- 8
- Auspuffvolumen
- 9
- Isolierrohr
- 10
- Kontaktauflage
- 11
- Nennstromkontakte
- 12
- Kontaktauflage
- 13
- Kontaktfingeranordnung
- 14
- Schaltstift
- 15
- Kontakthalterung
- 16
- Spiralkontakte
- 17
- Ring
- 18
- Stössel
- 19
- äusseren
Löschkammervolumen
- 20
- Kolbenstange
- 21
- Kolben
- 22
- Kompressionsvolumen
- 23
- Strömungskanal
- 24
- Speichervolumen
- 25
- Trennwand
- 26
- Lichtbogenzone
- 27,
28
- Öffnungen
- 29
- Auskleidung
- 30
- Kolben
- 31
- Zylinder
- 32
- Kompressionsvolumen
- 33
- Strömungskanal
- 34,
35, 36, 37
- ortsfeste
Drehachsen
- 38
- Winkelhebel
- 39,
40
- Drehpunkte
- 41
- Hebel
- 42
- Drehpunkt
- 43
- Winkelhebel
- 44
- Drehpunkt
- 45
- Hebel
- 46
- Drehpunkt
- 47
- Hebel
- 48
- Drehpunkt
- 49
- Winkelhebel
- 50
- Drehpunkt
- 51
- Hebel
- 52
- Drehpunkt
- 53
- Winkelhebel
- 54
- Drehpunkt
- 55
- Hebel
- 56
- Drehpunkt
- 57
- Pfeil
- 58
- Lasche
- 59,
60
- Pfeile
- 61
- Lichtbogen
- 62
- Zwischenwand
- 63
- Wand
- 64,
65
- Führungsnuten
- 66
- Kulissenplatte
- 67
- Zugstange
- 68
- Pfeil
- 69,
70
- Führungsnuten
- 71
- Bolzen
- 72
- Haltegabel
- 73,
74
- Führungsnuten
- 75
- Kulissenplatte
- 76
- Zugstange
- 77
- Pfeil
- 78,
79
- Führungsnuten
- 80
- Bolzen
- 81
- Haltegabel
- 82
- Kulissenplatte
- 83
- Pfeil
- 84
- Klappe
- 85
- Pfeil
- 86
- Klappe
- 87
- Pfeil
- 88
- Klappe
- 89
- Pfeil
- 90
- Klappe
- A
- Bewegungskurve
des Antriebs
- B
- Bewegungskurve
der Nennstromkontakte 11
- C
- Bewegungskurve
des Schaltstifts 14
- H1
- Hub
der Nennstromkontakte 11
- H2
- Hub
des Schaltstifts 14
- H3
- Hub
des Antriebs
- T1 bis T5
- Zeitpunkte