DE1176735B - Druckgasschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 02 c

Deutsche KI.: 21c-35/10

Nummer: 1176735

Aktenzeichen: C 29746 VIII d / 21 c

Anmeldetag: 24. April 1963

Auslegetag: 27. August 1964

Die Erfindung bezieht sich auf Druckgasschalter mit einem sehr wirksamen Löschmittel, wie z. B. Schwefelhexafluoridgas.

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Druckgasschalteraufbau zu schaffen, bei dem gemäß der Erfindung Druckluft dazu dient, das sehr wirksame Löschgas, ζ. B. SF₆, zu komprimieren und in innige Berührung mit dem Ausschaltlichtbogen zu bringen, um dessen Löschung zu bewirken.

Es ist bekannt, daß gewisse elektronegative Gase, wie z. B. Schwefelhexafluorid (SF₆), bessere Löscfaeigenschaften besitzen als andere üblichere Gase oder Gasmischungen, wie z.B. Luft, insbesondere dann, wenn die elektronegativen Gase unter Druck stehen. Wendet man die elektronegativen Gase jedoch in bekannten Schaltern an, so ergeben sich gewisse Probleme. Diese führen dazu, daß der Schalter verwikkelter wird als es sonst der Fall wäre. Die hauptsächlichsten Probleme sind:

Für eine wirksame Unterbrechung von Hochstrom-Wechselstromlichtbögen bei normalen wiederkehrenden Spannungen, beispielsweise bei 60 000 A Effektivwert und 60 kV Scheitelwert, sind verhältnismäßig hohe Gasdrücke am günstigsten, beispielsweise Drücke von 14 at. Wenn das Gas in dem Schalter bei derart hohen Drücken gespeichert wird, so kondensiert es, falls die Temperatur unter einen verhältnismäßig hohen Wert absinkt. Ein derartiges Absinken der Temperatur tritt bei Freiluftgeräten auf. Infolgedessen werden Heizungen benötigt, die verhältnismäßig aufwendige Überwachungseinrichtungen erfordern, um sicherzustellen, daß die richtigen Betriebsbedingungen beibehalten werden. Die richtige Wirkung solcher Heizungen hängt gewöhnlich von dem Vorhandensein elektrischer Energie ab. Diese ist aber unter Umständen für längere Zeit nicht vorhanden, wenn die Außentemperaturen unterhalb der Kondensationstemperatur liegen.

Wenn das Gas durch einen mechanisch angetriebenen Kolben über eine mechanische Verbindung von einem Antrieb komprimiert wird, der in einiger Entfernung von dem Leistungsschalter gelegen ist, so wird die im Schaltaugenblick zu übertragende Kraft sehr groß. Das Gerät wird für große Ströme, beispielsweise 60 000 A, unwirtschaftlich. Außerdem haben Leistungsschalter der vorgenannten Art noch den Nachteil, daß der eine gemeinsame Antriebsmechanismus und die zugehörigen Verbindungsglieder verschiedene Größen für unterschiedlich ausgelegte Leistungssehalter haben müssen, die für gebräuchliche Hochspannungsnetze, z. B. im Bereich von 69 bis 60OkV verwendet werden sollen. Dadurch wird es Druckgasschalter

Anmelder:

Canadian Westinghouse Company Limited,

Hamilton, Ontario (Kanada)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Daniel H. McKeough, Burlington, Ontario

(Kanada)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 7. Mai 1962 (192 904)

für den Hersteller schwierig, austauschbare Teile für die verschiedenen Nennspannungen zu verwenden.
Wegen der verhältnismäßig hohen Dichte der elektronegativen Gase ist die Strömung unter Druck verhältnismäßig langsam. Dies verlängert die Ausschaltzeit des Gerätes, wenn das Gas in einiger Entfernung vom Lichtbogenraum gespeichert wird. Das genannte Schwefelhexafluorid hat z. B. annähernd die fünffache Dichte von Luft.

Da eine gewisse praktische Grenze für die wiederkehrende Spannung besteht, die an eine einzelne Unterbrechungsstelle gelegt werden kann, ist es üblich, Hochspannungsschalter mit mehreren Unterbrechungsstellen in Reihe auszurüsten. Zum Beispiel können für einen 600-kV-Schalter acht bis zehn Unterbrechungsstellen pro Phase erforderlich sein. Um einen solchen Schalter mit den gegenwärtig verfügbaren Prüffeldern zu prüfen, wird gewöhnlich die volle Leistung der Kurzschlußprüfanlage auf eine Unterbrechungsstelle gegeben. Die Ausschaltleistung des vollständigen Pols berechnet man dann durch Multiplikation der Leistung der Einheit mit der Zahl der in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen und einem empirischen Faktor, der von der Spannungsverteilung zwischen den Reihenschaltstellen abhängt. Die Gültigkeit einer solchen Prüfung der Einheit hängt von der Unbeeinflußbarkeit jeder Unterbrechungsstelle in bezug auf die Lichtbogenwirkungen der anderen Unterbrechungsstellen ab. Diese Wirkungen sind elektrostatisch, elektromagnetisch, thermisch, mechanisch und hydraulisch.

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Die Erfindung befaßt sich demnach mit einem ver- Mit der Außenfläche 24 b des feststehenden Schaltbesserten Leistungsschalter, der als Löschmittel ein Stückes 24 wirkt, wie in F i g. 1 näher zu sehen ist, elektronegatives Gas mit einem verhältnismäßig ge- die bewegliche Schaltstückanordnung 25 zusammen, ringen Speicherdruck, z. B. Schwefelhexafluorid (SF_B) Sie besteht aus mehreren federnden Kontaktfingern mit 3,15 at verwendet. Bei diesem Schalter sind keine 5 26 und einem Abbrennstift 27. Wie Fig. 1 zeigt, Heizungen notwendig, um eine Kondensation wäh- wirken die flexiblen Kontaktfinger 26 in der Einrend des Betriebes zu verhindern. Das SF_e-Gas wird schaltstellung mit der Außenfläche 24 b des hohlen durch faltenbalgartige flexible Membrankolben korn- feststehenden Schaltstückes 24 zusammen. Der Abprimiert, die gemäß der Erfindung durch Druckluft brennstift 27 ragt in das Innere 28 des feststehenden betätigt werden. Das Antriebsgas wird bei einem io Schaltstückes.

verhältnismäßig hohen Druck in der Nähe des Licht- Um das bewegliche Schaltstück 25 in die Ausbogenraumes gespeichert. Jeder Leistungsschalter ist schalt- und Einschaltstellung zu bringen, ist ein Anvollständig für sich betriebsfähig und für die Anwen- triebskolben 29 in einem Antriebszylinder 30 vorgedung bei einer passenden Teilspannung, z. B. 69 kV, sehen. Die Rückseite 31 des Antriebskolbens wird geeignet. Die Druckluft bewirkt auch die Kontakt- 15 durch eine Auslaßleitung 32 entlüftet. Auf diese trennung durch einen geeigneten Antriebskolben. Sie Weise ist im Raum 33 auf der Rückseite des Anbesorgt außerdem die Verdichtung des Löschgases triebskolbens 29 stets im wesentlichen Atmosphären- und sorgt dafür, daß das Löschgas unter Druck in druck. Als mechanische Verbindung zwischen dem Berührung mit dem Lichtbogen gebracht wird. Durch Kolben 29 und dem beweglichen Schaltstück 25 dient die Verwendung von an sich bekannten Ventilsteuer- 20 eine Kolbenstange 34. An diese ist ein flexibler FaI-stangen bei den. verschiedenen Baueinheiten kann tenbalg35 angelötet. Zweck des Faltenbalges ist es, eine gleichzeitige Betätigung aller Einheiten durch eine Verbindung zwischen der Druckluft, die enteinfache elektrische Geräte, z. B. ein Verklinkungs- weder unter Atmosphärendruck oder dem Speicherrelais, erhalten werden. Das Relais kann auf Erd- druck im Bereich 13 vorhanden ist, mit dem Schwepotential angeordnet sein und so wirken, daß der 25 felhexafluoridgas zu verhindern, das in der Licht-Schalter entweder in der Einschalt- oder in der Aus- bogenkammer 12 unter einem Druck von z. B. 3,15 at schaltstellung festgelegt ist. steht.

Der erfindungsgemäße Antrieb ist in den Zeich- Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß Schaltnungen dargestellt, in denen die über diesen Antrieb stücke 24, 25 vorhanden sind, die voneinander gehinausgehenden dargestellten Teile nicht zum Gegen- 30 trennt werden können, wobei ein Lichtbogen entsteht, stand der Erfindung gehören. Es zeigt Die Schaltstücke werden durch einen ersten Kolben F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine der Druck- 29 betätigt, um den Lichtbogen zu verlängern bzw. gasschalterbaueinheiten in vergrößertem Maßstab. die Schaltstücke zu schließen. Zusätzlich ist ein zwei-Die Schaltstückanordnung ist in der Einschaltstellung ter Kolben 38 vorgesehen. Er wird durch eine Rückdargestellt, 35 stellfeder 39 in die in F i g. 1 dargestellte Lage am Fig. 2 einen Schnitt ähnlich dem der Fig.l. Er rechten Ende der Kammer 13 gedrückt. Der zweite zeigt jedoch die Lage der verschiedenen Teile der Kolben 38 hat die Aufgabe, das Schwefelhexafluorid-Unterbrechungseinrichtung während der Ausschalt- gasvolumen40 zu komprimieren. Mit anderen Worbewegung des Schalters. ten: ein Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt, daß Die F i g. 1 und 2 zeigen den Schalter in der Ein- 40 der zweite Kolben 38 nach links bewegt werden schalt- bzw. Ausschaltstellung. Wie aus diesen Dar- kann, um das SF₆-GaS 40 zusammenzudrücken, wostellungen hervorgeht, umfaßt der mehrteilige, metal- bei dieses Gas durch Öffnungen 41 abströmen kann, lische Speicherbehälter 4 eine Lichtbogenkammer 12, die in einer Düsenanordnung 42 vorgesehen sind, eine mittlere Antriebskammer 13 und eine Speicher- Die Düsenanordnung umfaßt ein geeignet geformtes, kammer 14. In der Lichtbogenkammer 12 ist ein sehr 45 rohrförmiges Düsenstück 43, das mit dem bewegwirksames Löschgas untergebracht, das ein größeres liehen Schaltstück 25 verbunden ist und zusammen Löschvermögen als Luft bei gleichem Druck besitzt. mit diesem bewegt werden kann. Es dient dazu, das Wie bereits erwähnt, kann dieses Löschgas Schwefel- komprimierte SF₆-GaS durch die Düsenöffnung 44 hexafluorid (SF₆) sein mit einem Druck von beispiels- und in innige Berührung mit dem Lichtbogen 45 zu weise 3,15 at. Außerdem ist als geeignetes Antriebs- 50 führen, um dessen Löschung zu bewirken, mittel Druckluft innerhalb der Speicherkammer 14 Obgleich in F i g. 2 die verschiedenen Teile in der untergebracht. Die Antriebskammer 13 ist zeitweilig Ausschaltstellung des Schalters 1 gezeigt sind, ist zum mit der Speicherkammer 14 über ein Steuerventil ver- Zwecke der Erläuterung ein Lichtbogen 45 eingebunden, das als Ganzes mit 15 bezeichnet ist und zeichnet, um die Art und Weise der Lichtbogendurch eine Isolierstoffstange betätigt wird. 55 löschung und den Löschmittelstrom zu zeigen.

Die Durchführung 5 besitzt ein wetterfestes Ge- Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, häusel7, einen längsverlaufenden Durchführungs- daß, wenn Druckluft unter einem Druck von beibolzen 18 und einen äußeren Druckflansch 20. Sie spielsweise 21 at über das Steuerventil 15 von dem wird mit Hilfe eines metallischen Flansches 21 in der Druckluftspeicherraum 14 in die Antriebskammer 13 richtigen Lage befestigt. Die Durchführung kann als 60 gelassen wird, von der Druckluft in der Betätigungs-Kondensatordurchführung ausgebildet sein. Am in- kammer 13 zwei Aufgaben erfüllt werden: neren Ende des Durchführungsbolzens 18 ist durch 1. ergibt die Druckluft eine nach rechts gerichtete eine Schraubverbindung ein feststehendes Schaltstück Bewegung des ersten Kolbens 29. Dadurch wird befestigt, das als Ganzes mit 22 bezeichnet ist. Es be- die Kontakttrennung bewirkt und der Lichtbogen steht aus einer rohrförmigen, mit einer Öffnung ver- 65 gezogen,

sehenen Stange 24. Die Stange besitzt eine ringförmige 2. treibt die Druckluft in der Betätigungskammer

Spitze 24 α aus lichtbogenfestem Material zum Schutz 13 den zweiten Kolben 38, in F ig. 2 gesehen,

gegen die Lichtbogenwirkungen. nach links. Dadurch wird Schwefelhexafluorid

(SF₆) im Raum 40 komprimiert und durch die Öffnungen 41 gedruckt, die in der Düse 43 vorgesehen sind. Das Schwefelhexafluoridgas gelangt dann in Berührung mit dem Lichtbogen 45 und ergibt dessen Löschung.

Zum Einschalten des Schalters 1 wird das Steuerventil 15 betätigt, damit die Druckluft aus der Antriebskammer 13 entlüftet wird. Dadurch ist es möglich, daß die Rückstellfeder 39 den zweiten Kolben 38, in F i g. 1 gesehen, nach rechts treibt. Dies ergibt eine Zirkulation des SF₆-Gases in der Lichtbogenkammer 12. Außerdem gestattet die Verringerung des Druckes in der Betätigungskammer 13 eine nach links gerichtete Einschaltbewegung des Kolbens 29 durch eine Einschaltfeder 46. Dadurch wird das bewegliche Schaltstück 25 in Berührung mit dem feststehenden Schaltstück 22 gebracht, wie aus F i g. 1 zu sehen ist. Durch die Erfindung wird ein Druckgasschalter geschaffen, bei dem auf Grund der Verringerung der Drücke des elektronegativen Gases keine Möglichkeit mehr besteht, daß bei dem vorgegebenen Druck eine Kondensation eintritt. Außerdem wird als billiges Antriebsgas Druckluft verwendet, um die Ausschaltbewegung und die Verdichtung des Löschgases mit Hilfe eines zweiten Kolbens 38 zu erhalten. Darüber hinaus kann der Schalter durch Verwendung mehrerer Baueinheiten in Reihe leicht für jede Spannung und auch für verschiedene Ströme angepaßt werden. Bei entsprechender Zahl der Unterbrechungsstellen ist er für die Verwendung auch bei höchsten Spannungen geeignet, wobei die einzelnen Baueinheiten in bekannter Weise auf einem oder mehreren Isolatoren angeordnet sein können. Auch die Anwendung der bekannten Steuerungen der einzelnen Schaltstellen, der bekannten Mittel der Spannungssteuerung, der Verteilung der Leistungen auf die einzelnen Schaltstellen usw. sind ohne weiteres möglich.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Druckgasschalter mit einem Löschgas, das eine größere Löschfähigkeit als Luft bei gleichem Druck aufweist, insbesondere mit Schwefelhexafluorid (SF₆), wobei das Löschgas im Ausschaltaugenblick mit Hilfe eines Pumpkolbens verdichtet und gegen den Lichtbogen zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Schaltstücken gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben unabhängig von der Bewegung der Schaltstücke durch Druckluft als Antriebsgas betätigt wird.

2. Druckgasschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit einem beweglichen Schaltstück starr verbundenen Antriebskolben, der ebenfalls durch Druckluft als Antriebsgas betätigt wird.

3. Druckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der einen Richtung durch das Antriebsgas bewegte Pumpkolben in der anderen Richtung durch eine Feder bewegt wird.

4. Druckgasschalter nach Anspruch 1 mit einem geschlossenen Metallbehälter, der die Schaltstrecke enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Behälter einen Raum für das Antriebsgas enthält.

5. Druckgasschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Räume durch einen Zylinder für den Pumpkolben verbunden sind.

6. Druckgasschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpkolben einen Zylinder für den Antriebskolben ringförmig umgibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschriften Nr. 738 528, 713 798.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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