DE1216964C2 - Elektrischer schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung be7ieht sich auf einen elektrischen Schalter mit einem feststehenden und einem beweglichen hohlen Schaltstück, welche in einer gasdicht geschlossenen, mit unter Druck stehendem Löschgas gefüllten Löschkammer angeordnet sind, mit Beblasung des Ausschaltlichtbogens durch eine Gasströmung, die mit einem mit dem beweglichen Schaltstück einstückig ausgebildeten, in einem Zylinder angeordneten Saugkolben erzeugt wird und die in das bewegliche hohle Schaltstück hinein verläuft.

Ein derartiger elektrischer Schalter ist aus der CH-PS 75 061 bekannt. Der bekannte Schalter weist zwei Räume unterschiedlichen Drucks auf. Zwischen diesen beiden Räumen ist eine Membran angeordnet, die beim Auftreten eines Überstroms zerstört wird. Dadurch wird eine Druckgasströmung in Gang gesesetzt, die den Lichtbogen zwischen zwei im Hochdruckraum angeordneten Schaltstücken löschen solL In Reihe mit dieser Einrichtung liegt ein Trennschalter, der bei einer Ausführungsform auch willkürlich geschaltet werden kann. Zu diesem Zweck ist das bewegliche Schaltstück mit einer aus dem Hochdruckraum führenden Stange versehen, die an einer Antriebskurbel gelenkig befestigt ist Die Stange trägt einen Saugkolben, der in einem Zylinder gleitet Deshalb wird beim Ausschalten des

ίο Reihentrennschalters ein Teil des im Hochdruckbehälter befindlichen Gases in das hohle Schaltstück hineinbewegt, so daß der Trennschalter eine gewisse Schaltleistung erreicht Der hierfür erforderliche Aufwand ist beträchtlich.

Aus der deutschen Patentschrift 7 32 000 ist ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem die Gasströmung zur Beblasung des Ausschaltlichtbogens mit einem Saugkolben erzeugt wird. Zweck dieser Anordnung ist es, den Lichtbogen mit Sicherheit im Inneren einer Schaltkammer zu löschen, während bei bekannten Druckgasschaltern, wie es in der Patentschrift heißt, Schaltgase aus dem Schalter herausdringen können, so daß große Abstände zwischen den einzelnen Anlageteilen erforderlich sind.

Der bekannte Schalter benötigt Isolierstoffkörper, um die Gasströmung gegen den Lichtbogen zwischen dem massiven Schaltstift und einem feststehenden Schaltstück zu richten. Dies ist aber unvorteilhaft, weil der Lichtbogen den Isolierstoffkörper angreifen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem sowohl in der Ein- als auch in der Ausschaltrichtung auf ein Gestänge zum gemeinsamen Antrieb des beweglichen Schaltstücks und des Saugkolbens verzichtet wird.

Nach der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß der Saugkolben in Ausschaltrichtung mit dem Löschgas auf der einen Seite beaufschlagbar ist, während seine in einem Raum des Zylinders liegende andere Seite druckentlastet ist, und daß er in Einschaltrichtung mit einem in dem Raum einleitbaren Druckmittel beaufschlagbar ist, dessen Druck höher als der Druck des Löschgases isc.
Durch Anwendung der Erfindung dient der Saugkolben in beiden Schaltrichtungen als Antriebsglied, so daß das Antriebsgestänge entbehrlich ist. Damit wird die im Schaltaugenblick zu bewegende Masse kleiner, und man erreicht mit gleichen Kräften größere Schaltgeschwindigkeiten oder gleiche Schaltgeschwindigkeiten bei kleinerer Antriebskraft. Außerdem erfordert der Schalter nach der Erfindung weniger Raum.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem dem Saugkolben zugeordneten Zylinder eine Ausschaltfeder zugeordnet. Die Ausschaltfeder wirkt in Ausschaltrichtung unterstützend und wird gespannt, wenn der Schalter mit Hilfe eines Druckmittels eingeschaltet wird. Sie stützt sich vorzugsweise am Saugkolben selbst ab, der den Federteller bildet. Auf diese Weise wirkt die zusätzliche Ausschaltkraft unmittelbar an der Stelle, an der sie benötigt wird.

Das in der Löschkammer eingeschlossene Löschgasvolumen beträgt vorteilhaft ein Mehrfaches des Volumens, das der mit dem Druckmittel beaufschlagte Raum des Zylinders, in dem der Saugkolben angeordnet

β¹; ist, hat. Als Druckmittel kann Druckluft verwendet werden, die einem als Träger der Löschkammer dienenden Druckluftbehälter entnommen wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungs-

gedankens ist der mit dem Inneren der Löschkammer in Verbindung stehende Raum des Zylinders, der dem iaugkolben zugeordnet ist, gegenüber dem Raum dieses Zylinders, der wechselweise mit Druckmittel beaufschlagbar bzw. druckentlastbar ist, mittels einer Membran abgedichtet. Das beim Schalter nach der Erfindung verwendete Löschmittel ist beispielsweise ein elektronegatives Gas. Aus diesem Grunde ist die Abdichtung zwischen der Löschkammer und dem Zylinderraum besonders vorteilhaft. ι ο

Zur Betätigung des Schalters wird vorzugsweise ein billiges Antriebsmittel, wie Druckluft, verwendet. Eine hohe Schaltleistung erhält man dagegen mit einem elektronegativen Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid (SF₆) als Löschmittel. Die für diesen Fall im Schalter vorhandenen beiden Gasräume kann man mit Vorteil durch eine Membran gegeneinander abdichten, die mit geringem Aufwand die erforderliche Dichtigkeit ergibt und nur geringe Reibungsverluste zur Folge hat. Die Druckluft zur Betätigung des Saugkolbens kann man einem Druckluftbehäller entnehmen, der als Träger einer Schaltkammer dient. Dadurch kann man die üblicherweise große mechanische Festigkeit des Druckluftbehälters zur Erzielung eines stabilen Schalteraufbaus ausnutzen. Zu dem einfachen Aufbau der Schalteinrichtung kommt dann ein ähnlich einfacher Aufbau der anderen Schalterteile, so daß man durch die Erfindung insgesamt einen sehr preiswerten Schalter für kleine bis mittlere Leistungen erhält.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Gasschalters gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Teilschnitt in Längsrichtung in beträchtlieh vergrößertem Maßstab. Er führt durch die obere Löscheinrichtung des Schalters gemäß F i g. 1; die Schaltstücke sind in der Einschaltstellung dargestellt;

F i g. 3 ist ein Vertikalschnitt längs der Linie III-lll der F i g. 2;

Fig.4 zeigt eine Abwandlung der Löscheinrichtung nach F i g. 2, bei der zwei Abtriebskolben verwendet werden; die Schaltstücke sind wiederum in der Einschaltstellung gezeichnet;

F i g. 5 ist ein Teilschnitt in vertikaler Richtung durch eine abgewandelte Löscheinrichtung, deren Schaltstükke in der Einschaltsteilung dargestellt sind;

F i g. 6 ist ein Teilschnitt. Er zeigt die Anwendung eines Widerstandes bei der Löscheinrichtung nach Fig.5 durch den Stromkreis mit relativ hoher Anstiegsgeschwindigkeit der wiederkehrenden Spannung unterbrochen werden können.

In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, ist mit 1 als Ganzes ein Druckgasschalter bezeichnet. Er besitzt eine untere Grundplatte 2, einen aufrecht stehenden zylindrischen Druckgasbehälter 3 und eine Löscheinrichtung, die als Ganzes mit 4 bezeichnet ist. Die Löscheinrichtung 4 umfaßt ein mittleres, geerdetes Metallgehäuse 5 mit zwei von diesem sich seitwärts erstreckenden Stromwandlern 6, 7. Ferner trägt das m) mittlere Metallgehäuse 5 ein seitlich angebrachtes Isolierstoffgehäuse 9, an dessen Ende eine Anschlußklemme 10 vorgesehen ist. In der entgegengesetzten Richtung erstreckt sich von der anderen Seite des Metallgehäuses 5 aus ein zweites wetterfestes Isolier- <v> Stoffgehäuse 12 mit einer Anschlußklemme 13 am äußeren Ende. Eine Leitung L\ kann an der Anschlußklemme 13 befestigt sein, wie an sich bekannt ist.

An der Anschlußklemme 13 ist ein feststehender Kontaktstift 15 angebracht, der sich in Längsrichtung axial durch die Mitte des Isolierstoffgehäuses erstreckt Am rechten Ende des Kontaktstifts 15 sitzt das feststehende Schaltstück (F i g. 2), das als Ganzes mit 17 bezeichnet ist Es umfaßt mehrere am Umfang angeordnete federnde Kontaktfinger 18, die mit Schrauben 19 am Umfang des feststehenden Kontaktstiftes 15 befestigt sind. Wie zu sehen ist, besitzt der Kontaktstift 15 einen Teil 20 verringerten Durchmessers, der ein Lichtbogenhorn bildet Das Lichtbogenhorn erstreckt sich in das Innere eines hohlen beweglichen Schaltstiftes 22, der an einem Kolben 23 befestigt ist Der Kolben wird durch eine Druckfeder 25 in Ausschaltrichtung nach rechts vorgespannt

Mit dem hohlen, beweglichen Schaltstift 22 steht ein Gleitschaltstück 28 in Berührung, das mehrere am Umfang angeordnete Kontaktfinger 30 aufweist, die durch Druckfedern 31 angepreßt werden. Die Druckfedern 31 sitzen in den Unterteilen 30a der benachbarten Kontaktfinger 30. Wie dargestellt, sind die Kontaktfinger 30 in einem im wesentlichen zylindrischen Kontaktgehäuse 33 angeordnet, das mit Hilfe geeigneter, nicht dargestellter Mittel an einem metallisch leitenden Zylinder 35 befestigt ist. Der Zylinder 35 besitzt einen sich radial nach außen erstreckenden Befestigungsflansch 36 an seinem rechten Ende, wie in F i g. 2 zu sehen ist. Mit diesem Flansch wird der Zylinder 35 in der richtigen Stellung mit Hilfe von mehreren Befestigungsschrauben 37 gehalten, die sich in Sacklöcher 38 eines Befestigungsflansches 39 erstrekken. Der Flansch 39 ist an dem rechten Ende 9a des wetterfesten keramischen Gehäuses 9, z. B. mit Hilfe von Blei, befestigt.

Wie später näher erläutert wird, ist der Bereich 40 auf der Rückseite des Kolbens 23 zuweilen mit Hochdruck beaufschlagt. Er kann aber auch atmosphärischen Druck aufweisen. Der Hochdruck wird durch die Zufuhr von Hochdruckgas aus dem Druckluftspeicherbehälter 3 bewirkt. Der Bereich 42 im Innern der Löscheinrichtung 5 ist dagegen ständig abgeschlossen und mit einem geeigneten Gas, z. B. Schwefelhexafluorid (SFe), gefüllt. Dieses Gas kann einen Druck von beispielsweise 3,5 bis 5 at aufweisen. Mithin ist keinerlei Verbindung zwischen den Bereichen 40 und 42 erwünscht, und deshalb ist eine flexible Dichtung 43 vorgesehen, z. B. eine Membran 45. Wie in Fig.2 dargestellt ist, ist die Membran zurückgefaltet, wie für derartige Einrichtungen zulässig. Sie stellt mithin eine Abrollmembran dar, wie in der amerikanischen Patentschrift 28 49 026 beschrieben ist. Eine derartige Membran ergibt eine bessere Abdichtung als durch Verwendung von Rundschnuiringen möglich wäre, die mit dem Kolben 23 gleiten.

Wie zu sehen ist, erzeugt die nach rechts gerichtete Ausschaltbewegung des Kolbens 23 und des mit diesem verbundenen hohlen Schaltstiftes 22 einen Unterdruck im Raum 48 vor dem Kolben 23. Da der Schaltstift 22 mit Verbindungsöffnungen 22a versehen ist, wird durch den Unterdruck Schwefelhexafluorid in den Hohlraum des Schaltstiftes 22 und den Bereich 48 bei der Ausschaltbewegung hineingesaugt.

Zum Einschalten und zum Spannen der Ausschahfeder 25 ist ein pneumatischer Antrieb vorgesehen. Er umfaßt ^in Steuerventil 50 nach Art eines Dreiwegehahnes, das drehbar in einem abgekröpften Teil 51 angeordnet ist, der am Behälterkopf 52 befestigt ist. Eine Drehung des Steuerventils 50 entgegen dem Uhrzeigersinn, die über einen Verbindungshebei 53 und

eine vertikal verlaufende Stange 54 durch die Erregung einer Spule 56 bewirkt wird, gestattet den Zutritt eines Drückmittels, z. B. Druckluft, mit einem Druck von 7 at. Das Druckmittel strömt dabei durch eine Isolierstoffleitung 58 in den Bereich 40 vor der Rückseite des Antriebskolbens 23. Der Eintritt des Druckmittels veranlaßt den Kolben 23 zu einer nach links gerichteten Bewegung in Einschaltrichtung. Der Schaltstift 22 kommt dadurch mit dem feststehenden Schaltstück 17 in Berührung, so daß der Stromkreis geschlossen ist. Zugleich wird die Ausschaltfeder 25 gespannt.

Zum Festhalten des Schalters in der Einschaltstellung ist eine Klinke 60 vorgesehen, die einen schwenkbaren Klinkenhebel 61 mit einer Nase 62 umfaßt. Die Nase greift hinter einen Vorsprung 54a der vertikal verlaufenden Betätigungsstange 54. Die Erregung einer Auslegespule 64 bewirkt das Lösen der Klinke 61. Dies ermöglicht einer Druckfeder 66, die Ventilbetätigungsstange 54 nach oben zu drücken, so daß der Dreiwegehahn 50 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dies ergibt eine Verbindung zwischen der Isolierstoffleitung 58 und einer Auslaßöffnung 68, die zu einem Niederdruckbereich, z. B. ins Freie, führt.

Bei gewöhnlichen Blasschaltern mit SF6 wird eine Gasströmung durch Kolbenwirkung erzeugt, wobei das Gas in den Lichtbogen zwischen den sich trennenden Schaltstücken innerhalb einer Isolierstoffdüse geblasen wird. Die Isolierstoffdüse besteht aus geeignetem Isoliermaterial, z. B. aus Polytetrafluorethylen. Die Wirksamkeit derart üblicher Blasschalter ist durch den Spannungszusammenbruch begrenzt, der durch Kriechpfade längs der Isolierstoffflächen ausgelöst wird, die parallel zu der hochbeanspruchten Trennstrecke des Schalters verlaufen. Der beschriebene Schalter weist eine solche Anordnung des Kolbens auf der Abströmseite der den Lichtbogen ziehenden Schaltstücke, auf daß die Bewegung des Kolbens 23 den Druck innerhalb des hohlen, beweglichen Schaltstiftes 22 verringert und der durch den Lichtbogen führende Gasstrom durch den beweglichen Schaltstift geführt wird, ohne daß eine Isolierstoff düse benötigt wird, die die Trennstrecke ganz oder zum Teil überbrückt Je höher dabei der anfängliche Gasdruck im Gehäuse 5 ist um so besser sind die Ergebnisse. Deshalb wird ein Druck von 3,5 bis etwa 5 at für das Schwefelhexafluorid (SFe) empfohlen.

Während der Kolben 23 pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden kann, ist bei einer Anordnung, wie dargestellt. Druckluft am Kolben 23 vorhanden, die von dem SF6-Gas durch die Membran 45 getrennt ist. Der Einfachheit halber werden die Poleinheiten des Schalters von dem zylindrischen Behälter 2 getragen, der für die pneumatische Betätigung verwendet wird. Die Leistungsschaltstucke werden, wie gezeigt in der Einschaltstellung durch den Druck der Druckluft im Bereich 40 gehalten. Dieser Druck muß höher sein als der SFe-Druck. Er kann beispielsweise 7 at betragen. Wenn das Steuerventil 50 diese Druckluft durch die Auslaßöffnung 68 ins Freie entläßt ergibt die kombinierte Wirkung der Beschleunigungsfeder 25 und des SFö-Gasdruckes auf den Kolben 23 eine schnelle öffnung der Schaltstücke 17,22. Zugleich wird SF₆-GaS durch den hohlen, beweglichen Schaltstift 22 in den Raum 48 am Kolben 23 gesaugt Bei der Einschaltbewegung wird, wenn das Steuerventil 50 den Zutritt von Druckluft in den Raum 40 gestattet der Kolben 23 in die Einschaltstellung gebracht Dabei wird SFe-Gas in Bewegung gesetzt Es wird durch den hohlen, beweglichen Schaltstift 22 oder durch die Rückschlagventile 70 zurückgefördert.

Fig.4 zeigt eine abgewandelte Form der Löscheinrichtung, die als Ganzes mit 72 bezeichnet ist. Sie umfaßt in an sich bekannter Weise ein zweites hohles, bewegliches Schaltstück 73, dem ein Kolben 74 zugeordnet ist. Die Betätigung des Kolbens ist gleich der vorher beschriebenen Betätigung des Kolbens 23. Der Kolben 74 ist zusätzlich vorgesehen, um im Bereich 76 einen Unterdruck zu erzeugen, durch den SFe-Gas in

ίο das Innere 78 des Schaltstiftes 73 gesaugt wird. Als Ergebnis erhält man bei diesem Schalter, daß beim Ausschalten der Löscheinrichtung 72 zwei entgegengerichtete Strömungen aus dem Bereich 42 durch die beiden hohlen Schaltstifte 22,73 in die Räume 48 und 76 entstehen. Dabei muß eine zusätzliche Isolierstoffleitung 58 vorgesehen sein, die zu dem Steuerventil 50 führt, so daß die Betätigung des Steuerventils die gleiche Ausschalt- und Einschaltbewegung beider Kolben 23 und 74 zur Folge hat.

Fig.5 zeigt eine abgewandelte Bauweise, bei der in an sich bekannter Weise zwei in Reihe liegende Unterbrechungsstellen 81, 82 vorgesehen sind. Zu diesem Zweck wird eine zentrale, feststehende Schaltstückanordnung 90 verwendet, die im Inneren des geerdeteten Metallgehäuses 5 vom Isolierstoffspeicher 92 getragen wird. Die feststehende Schaltstückanordnung 90 besitzt zwei Kontaktfingeranordnungen 95 und zwei entgegengesetzt gerichtete Lichtbogenhörner 96. Die beweglichen Schaltstücke 97 sind vorzugsweise so ausgebildet, wie im Zusammenhang mit F i g. 4 beschrieben wurde, d. h. jedes besitzt einen eigenen Betätigungskolben 23, 74, um das Löschmittel bei der Ausschaltbewegung anzusaugen.
Es ist mithin ersichtlich, daß bei der abgewandelten Ausführungsform nach F i g. 5 zwei in Reihe liegende Unterbrechungsstellen vorhanden sind, so daß höhere Spannungen bewältigt werden können.

F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Bauweise ähnlich der im Zusammenhang mit Fig.5 beschriebenen. Jedoch wird dabei in an sich bekannter Weise ein Paralleiwiderstand R parallel zum feststehenden Schaltstück 90 einerseits und einem der zwei hohlen Schaitstifte 97 andererseits angeordnet Die Kontaktüberdeckung der zweiten Unterbrechungsstelle 82 ist größer als die der Reihenschaltstrecke 81, so daß die erste Schaltstrecke 81 vor dem Öffnen der zweiten Schaltstrecke 82 geöffnet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Anordnung mit nacheinander äffenden Schaltstrecken, wie gerade beschrieben, beschränkt Sie kann auch dort

so angewendet werden, wo beide Schaltstrecken 81 und 82 zugleich öffnen.

Die Verwendung des Parallelwiderstands R mit einem Widerstandswert verhältnismäßig geringer Größe senkt die Anstiegsgeschwindigkeit der wiederkehrenden Spannung, wie an sich bekannt ist Außerdem wird der Leistungsfaktor verbessert und der Strom der zweiten Schaltstrecke 82 verringert Eine derartige Löscheinrichtung 99 ist mithin besonders wirksam bei Stromkreisen mit hohen Anstiegsgeschwindigkeiten der

ω wiederkehrenden Spannung.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlich, daß eine verbesserte Löscheinrichtung geschaffen wurde, bei der eine Löschmittelströmung in Richtung vom Lichtbogen weg mit Hilfe eines Saugkolbens hervorgerufen wird. Diese Löschmittelströmung ergibt eine wirksame Lichtbogenlöschung bei einem Gasschalter. Bei der neuen Anordnung werden keine Isolierstoffdüsen benötigt an denen Kriechpfade bei sehr hohen

Spannungen auftreten können. Außerdem wird die Erzeugung der Gasströmung durch eine Federwirkung hervorgerufen. Die Feder wird beim Einschalten mit Hilfe eines verhältnismäßig billigen Antriebsmittels, z. B. mit Druckluft, gespannt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter mit einem feststehenden und einem beweglichen hohlen Schaltstück, welche in einer gasdicht geschlossenen, mit unter Druck stehendem Löschgas gefüllten Löschkammer angeordnet sind, mit Beblasung des Ausschaltlichtbogens durch eine Gasströmung, die mit einem mit dem beweglichen Schaltstück einstückig ausgebildeten, in einem Zylinder angeordneten Saugkolben erzeugt wird und die in das bewegliche hohle Schaltstück hinein verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkolben (23) in Ausschaltrichtung mit dem Löschgas auf der einen Seite beaufschlagbar ist, während seine in einem Raum (40) des Zylinders (35) liegende andere Seite druckentlastet ist, und daß er in Einschalteinrichtung mit einem in dem Raum (40) einleitbaren Druckmittel beaufschiagbar ist, dessen Druck höher als der Druck des Löschgases ist

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausschaltfeder (25) in dem dem Saugkolben (23) zugeordneten Zylinder (35).

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkolben (23) den Federteller für die Ausschaltfeder (25) bildet

4. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Löschkammer (5) eingeschlossene Löschgasvolumen ein Mehrfaches des Volumens beträgt, das der mit Druckmittel beaufschlagbare Raum (40) des Zylinders (35), in dem der Saugkolben (23) angeordnet ist, hat.

5. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckmittel Druckluft verwendet wird, die einem als Träger der Löschkammer (5) dienenden Druckluftbehälter (3) entnommen wird.

6. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Inneren (42) der Löschkammer (5) in Verbindung stehende Raum (48) des Zylinders (35), der dem Saugkolben (23) zugeordnet ist, gegenüber dem Raum (40) dieses Zylinders, der wechselweise mit Druckmittel beaufschlagbar bzw. druckentlastbar ist, mittels einer Membran (43) abgedichtet ist.