DE1223918B - Elektrischer Schalter mit einer Kompressions-einrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^S^f^ PATENTAMT

Int. Cl.:

HOIh

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21c-35/10

Nummer: 1223 918

Aktenzeichen: W 29176 VIII d/21 c

Annieldetag: 29. Dezember 1960

Auslegetag: 1. September 1966

Elektrischer Schalter mit einer Kompressionseinrichtung

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation, East Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffher, Rechtsanwalt, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str.

Als Erfinder benannt: Charles Cromer, Trafford, Pa.; Jerome Sandin, Pittsburgh, Pa.; Benjamin P. Baker f, (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 26. Februar 1960 (11175)

Es sind elektrische Schalter bekannt, bei denen ein gasförmiges Löschmittel mit einer aus Kolben- und Zylinder bestehenden Kompressionseinrichtung beim Ausschaltvorgang verdichtet wird, um eine Strömung hervorzurufen, die den Lichtbogen bebläst. Die Kompressionseinrichtung ist dabei mit dem beweglichen Schaltstück gekuppelt. Dies kann mit Vorteil über eine Totgangverbindung geschehen, weil dann beim Ausschaltvorgang zunächst eine Vorkompression des Löschmittels erhalten wird, bevor der Lichtbogen entsteht. Die Vorkompression ergibt einen erhöhten Druck und damit eine kräftige Beblasung des Lichtbogens.

Die bekannten Schalter der vorgenannten Art sind in ihrem mechanischen Aufbau unbefriedigend. So werden bei einem dieser Schalter schwenkbare Kurbeln benötigt, um eine gleichzeitige Bewegung des Kolbens und des beweglichen Schaltstiftes 2x1 erhalten. Die Kurbeln stellen aber unerwünscht große Massen dar, die bewegt werden müssen. Ihre Lagerstellen bilden zusätzliche Verschleißstellen und müssen gewartet werden.

Bei anderen bekannten Schaltern ist das beweg- 2

liehe Schaltstück mit dem Kolben oder einem beweglichen Zylinder fest verbunden. Deshalb ist prak- 25 über Zugstangen gekuppelt, die durch die das festtisch keine Vorkompression des Löschmittels mög- stehende Schaltstück tragende Stirnseite des Zylinlich. Außerdem muß das Löschmittel bei einem be-' ders geführt sind.

kannten Schalter durch den verhältnismäßig langen, Die Erfindung ergibt den Vorteil, daß bei außerhohl ausgebildeten Schaltstift hindurchströmen. ordentlich einfachem Schalteraufbau die beim Schal-Hierbei entsteht ein unerwünschter Energieverlust. 30 ten in Bewegung zu setzenden Massen viel kleiner Schließlich sind noch Schalter bekannt, bei denen sind als bei bekannten Schaltern. Man kommt desdie Schaltstücke und die Kompressionseinrichtung halb mit kleinen Antriebskräften bei der Beschleuräumlich völlig voneinander getrennt sind. Dies führt nignng der Massen aus. Dies ist deshalb besonders aber zu einem verhältnismäßig komplizierten Schal- wichtig, weil für die Verbindung des Löschmittels teraufbau. Außerdem läßt sich auch in diesem Fall 35 bereits eine erhebliche Antriebsleistung aufzuwenden ein beträchtlicher Energieverlust der Strömung kaum ist. Die Verbindung von der Kompressionseinrichtung zur Schaltstrecke ist kurz. Sie ist nur durch die Wandstärke der Stirnwand des Zylinders bestimmt. Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im 40 folgenden an Hand der Zeichnung ein Ausfiifarungs:- beispiel beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 die Vorderansicht eines dreipoligen Leistungsschalters mit den Merkmalen nach der vorstehend angegebenen Erfindung. Die Schaltstück-

Schwefelhexafluorid (SF₆) und/oder Selenhexafluorid 45 anordnung befindet sich in der Einschaltstellung; (SeF₆), beim Ausschaltvorgang, wobei der Kolben Fig. 2 ist eine Seitenansicht des dreipoligen

über eine Totgangverbindung mit dem beweglichen Sehalters nach der F ig. 1. Die Schaltstückanordnung Schaltstück gekuppelt und das feststehende Schalt- ist wiederum in der Einschaltstelung dargestellt;
stück innerhalb einer Düse an der einen Stirnseite Fig. 3A, 3B und 3C zeigen zusammen einen

des Zylinders angebracht ist. Im Gegensatz; zum Be- 50 Vertikalschnitt m Längsrichtung durch den Schalter, kannten ist erfmdungsgemäß der Kolben gleichachsig Die Schaltstüeke sind in der Einschaltstellung darmit dem beweglichen Schaltstück angeordnet und gestellt;

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vermeiden, weil das Gas von der Kompressionseinrichtung durch lange Leitungen zu den Schaltstücken geführt werden muß, zwischen denen der Lichtbogen beblasen werden soll.

Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen elektrischen Schalter mit einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Kompressionseinrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Löschmittels, insbesondere

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Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab die im Die feststehende Schaltstückanordnung besteht

Schalterbau an sich Bekannte Düsenanordnung und aus einem Stoßschaltstück 32, das mit einem Schalt-

die Stellung des beweglichen Schaltstückes in einer stift 33 zusammenwirkt. Der Schaltstift wird durch

Zwischenlage bei der Ausschaltbewegung. Die eine Anzahl Druckfedern 34, 35 nach oben in Ein-

Düsenanordnung entspricht der in Fig. 3A dar- 5 schaltrichtung gedruckt. Die oberen Enden der

gestellten. Druckfedern 34, 35 stützen sich dabei gegen das un-

In den Zeichmingen, insbesondere in F i g. 1, ist tere Ende des beweglichen Schaltstiftes 35 ab, wie

mit 1 als Ganzes ..ein dreipoliger Leistungsschalter die Fig. 3B zeigt.

bezeichnet, der verfahrbar ausgebildet ist. Der Die unteren Enden der Druckfedern 34, 35 sitzen Leistungsschalter kann· seitlich in die etwa würfel- i° in einer Ausnehmung 36 eines Antriebsrohres 37. förmige Schalterzelle einer metallgekapselten Hoch- Bei 38 ist auf das obere Ende des Antriebsrohres 37 spannungsschalteinheit eingefahren werden, wie an ein nach unten geöffnetes Mantelstück 39 aufsich bekannt ist. Die F i g. 2 zeigt im einzelnen, wie geschraubt, das einen oberen, sich nach innen erder Wagen 2, der auf-Rädern 3 ruht, seitwärts ver- streckenden Flanschteil 39 a besitzt. Bei der Ausfahren werden kann, so daß in bekannter Weise die 15 schaltbewegung trifft der Flanschteil 39 α auf einen beweglichen Trennschaltstücke 4,- 5 mit feststehen- unteren, sich nach außen erstreckenden Flansch 40 den Trennschaltstückeii 7" zusammenwirken können. am unteren Ende des beweglichen Schaltstiftes 33. Die Kontaktfinger der feststehenden Trennschalt- Dadurch ergibt sich, wie aus der Zeichnung zu erstücke 7 sind in Durchführungen 8, 9 angeordnet, die sehen ist, eine Totgangverbindung. Bei der Ausin einer vertikal verlaufenden Wand 10 der nicht ao schaltbewegung bewegt sich das Mantelstück 39 also näher dargestellten Schalteinheit sitzen, was ebenfalls zunächst mit der Antriebsstange 22 nach unten, wahan sich bekannt ist-.-,· . -■ rend das bewegliche Schaltstück-33 noch in_Berüh-

Wie Fig. 1 zeigt-, ,werden die drei Polest, B und rung mit dem feststehenden Schaltstück32 verbleibt.

C aufrecht stehend von Äntriebsgehäusen 11 getragen. Erst nachdem die aus · Isolierstoff bestehende An-

Diese wiederum sitzen auf dem oberen Abdeckblech 25 triebsstange 22 und das Rohr 37 eine bestimmte Be-

12 eines Schalterunterteiles, das als Ganzes mit 13 wegung ausgeführt haben, nimmt der Flansch 39a

bezeichnetest. '"'" "..""" den unteren Flansch40 mit, der mit dem beweg-

Im InnerW'des Äntriebsgehäuses 13 ist ein An- liehen Schaltstift 33 ein Stück bildet. Das bewegliche

trieb untergebracht, der eine gleichzeitige Betätigung Schaltstück wird dann nach unten gezögen; Es

der drei Pole A, B und C bewirkt. Der Antrieb kann 30 trennt sich von dem feststehenden Schaltstück 32.

in bekannter Weise :als Magnetspulenantrieb aus- Dabei entsteht ein Lichtbogen in bekannter Weise in

geführt sein, der eine Anzahl Ausschaltfedern spannt, einer Düsenanordnung, die. als Ganzes mit 43 be-

die in der Einschältstellung verklinkt sind und zum zeichnet ist.

Ausschalten entklinkt werden. Die Ausschaltfedern Die Düsenanordnung ist in der Fig. 4 der Zeichbewegen bei der Ausschaltbewegung einen winkel- 35 nung im einzelnen dargestellt. Wie Fig. 3B zeigt, förmigen Querträger 14 nach unten (Fig. 2), an dem besitzt das Mantelstück 39 zwei sich nach entgegenmit Bolzen 15 drei Zugstangen 16 befestigt sind. An gesetzten Seiten erstreckende Ansätze 45, in die zwei jeder der drei Zugstangen 16 ist bei 17 ein Hebel- aus Isolierstoff bestehende Kolbenstangen 46 einarm 18 gelenkig befestigt. Der Hebelarm 18 ergibt geschraubt sind. Die oberen Enden der Kolbenstanbei der Ausschaltbewegung eine Drehung einer An- 40 gen sind auf gegenüberliegenden Seiten eines triebswelle 19 im-Uhrzeigersinn bei der Darstellung Pumpkolbens 47 befestigt, der im - wesentlichen in Fig. 2. Diese/Djehung hat eine entsprechende scheibenförmig ausgebildet ist und in einem Blas-Drehung eines im Inneren liegenden Hebelarmes20 -zylinder 48 vertikal beweglich ist. Der Blaszylinder zur Folge, der bei 31" mit einer Isolierstoffstange 22 48 trägt zugleich die feststehende Schaltstückaiiofdverbunden ist (Fig..3G). Die Isolierstoffstange er- 45 nung29. ■
streckt sich in einem als Ganzes mit 23 bezeichneten Im oberen Ende des Blaszylinders 48 sind eine rohrförmigen Gehäuse nach oben. ' Anzahl Öffnungen 49 (Fig.·3A) vorgesehen, um

Das rohrförmige· Gehäuse 23 besteht aus zwei einen Unterdruck bei der Ausschaltbeweguhg-oder

Isolierstoffrohren 24,- 25, die aus wetterfestem Mate- einen Überdruck bei der Einschaltbewegung auf der

rial, vorzugsweise Porzellan, hergestellt sind. Wie 50 oberen Seite des Kolbens 47 zu vermeiden. . ." ·

Fig. 2 zeigt, ist das öberfe Porzellanrohr 25 zwischen Wie Fig. 3B zeigt, drückt eine Tulpe aus radial

den Anschlußstücken 4 "und 5 angeordnet, die für nach innen vorgespannten feststehenden Kontakt-

jeden der drei PoleA^B und C vorgesehen sind. fingern 50 gegen den Umfang des beweglichen

Die F i g. 1 und 2 zeigen, daß eine Anzahl längs Schaltstiftes 33 und übernimmt den Strom vom

verlaufender Zugstangen 26 aus einem geeigneten 55 Schaltstift. Die Kontaktfinger 50 sind an ihren .unte-

Isoliermaterial. vorgesehen sind; mit denen das Iso·* ren Enden mit einem gemeinsamen sieh-nach außen

lierstoffgehäuse 23 zus.ammengespannt ist. Die Iso- erstreckenden Flanschteil 51 versehen, der mit einer

lierstoffstangen 26-besitzen Endstücke 27 mit einem Anzahl Schrauben 52 an einer Anschlußplatte 53

Gewinde, "auf das Muttern ,2& geschraubt werden befestigt ist. . ■ ... - · '-'.-.

könSen; um fdig .Starigen 26 unter Zugspannung 60 Zur vertikalen Führung des Schaltstiftes 33 ist ein

und das. Isoh'erstoffgehäuse ^r23 unter Druck zu unterteiltes .Führungsstück 54 vorgesehen, dessen

setzen. ; Vr-■ - oberes Ende eine kreisringförmige Nut 55 (Fig. 3B)

In Fig. 3 A ist zu sehen, daß das obere Porzellan- mit einem Führungsring 56 aufweist. Der Führungsrohr 25 eine feststehende Schaltstückanordnung 29 ring 56, durch den der bewegliche Schaltstift 33 und eine · bewegliche Schaltstückanordnung 30 um- 65 gleitet, führt diesen bei der Ausschalt-.und Einschältgibt: Mit der feststehenden-Schaltstückanordnung 29 bewegung. .. ■_
ist m bekannter Weise eine Pumpeinrichtung31 ver- Wie Fig. 3B- zeigt, ist das obere Ende der Iso^: bunden, die das feststehende Schaltstück trägt. ... lierstoffstange 22 durch einen.' Bolzen,.57 gelenkig

mit einem Kupplungsstück 58 verbunden, das bei 59 in das Rohrstück 37 eingeschraubt ist.

In Fig. 4 ist zu sehen, daß in einer Kontaktplatte 62 Öffnungen 60, 61 vorgesehen sind. Die Kontaktplatte 62 ist mit Schrauben 63 an das untere Ende s des Blaszylinders 48 angeschraubt. Die Öffnungen 60, 61 ermöglichen eine Gasströmung aus dem Zylinder 48 unterhalb des Kolbens 47, wenn der Kolben durch die Bewegung der beiden Zugstangen 46 nach unten gezogen wird.

Bei der Ausschaltbewegung treiben die mit dem oberen Ende am Kolben 47 befestigten Zugstangen 46 den Kolben 47 nach unten, so daß das Löschmittel im Raum 64, der von dem Blaszylinder 48 und der unteren Fläche des Kolbens 47 begrenzt wird, zusammengedrückt wird. Während dieser Zeit verbleiben die Schaltstücke 32, 33 wegen der Totgangverbindung 41 zunächst noch in Berührung (Fig. 3B).

Bei der weiteren Ausschaltbewegung des Kolbens steigt der Druck im Raum 64 auf einen Wert an, der für die Löschung des Lichtbogens ausreicht. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Flansch 39 α des Mantelstückes 39 den Flansch 40 des beweglichen Kontaktstiftes 33 mit. Der Schaltstift wird deshalb nach unten gezogen. Bei seiner Trennung von dem feststehenden Schaltstück 32 entsteht ein Lichtbogen 42, wie in F i g. 4 gezeigt ist. Das unter Druck stehende Löschmittel gelangt aus dem Raum 64 nach unten durch die Öffnungen 60, 61 in der Kontaktplatte 62. Es strömt durch die Verengung 44 der Düse und gelangt dabei in Berührung mit dem Lichtbogen 42, der dadurch gelöscht wird. Der bewegliche Schaltstift 33 wird weiter nach unten in die Ausschaltlage gezogen, wie sie in der F i g. 3 A gestrichelt bei 65 dargestellt ist.

Bei der Einschaltbewegung wird die Isolierstoffstange 22 nach oben bewegt. Dies führt zu einer nach oben gerichteten Bewegung des Mantelstückes 39 sowie des Schaltstiftes 33. Die Flanschteile 39 a und 40 bleiben dabei infolge der Druckwirkung der Federn 34, 35 in Berührung. Das bewegliche Schaltstück 33 trifft bei der Aufwärtsbewegung auf das feststehende Schaltstück 32. Eine weitere nach oben gerichtete Bewegung des Mantelstückes 39 ist dennoch möglich, weil die Totgangverbindung 41 vorgesehen ist. Die Druckfedern 34, 35 bringen dabei den notwendigen Kontaktdruck zwischen den Schaltstücken 32, 33 auf. Bei der Einschaltbewegung wird ferner der Kolben 47 mit Hilfe der Stangen 46 nach oben bewegt.

Bei dem beschriebenen Schalter kann jedes geeignete Löschmittel im Gehäuse 23 verwendet werden. Besondere Vorteile bietet jedoch die Verwendung eines hochwirksamen Löschmittels, wie z. B. Schwefelhexafluorid (SF₆), Selenhexafluorid (SeF₆) oder eines oder beide Gase in Mischungen mit Luft, Kohlendioxyd, Argon, Helium oder Stickstoff.

Die Unterbrechungseinrichtung wurde eingehenden Versuchen unterworfen. Sie hat sich dabei als sehr wirksam erwiesen und beispielsweise 17 500 Ampere abgeschaltet. Sie ist vor allem für Spannungen von etwa 15 kV geeignet, kann aber auch für höhere oder niedrigere Spannungs- und Stromwerte bei geeigneter Ausbildung der Teile verwendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter mit einer aus Kolben und Zylinder bestehenden Kompressionseinrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Löschmittels, insbesondere Schwefelhexafluoridgas (SF₆) und/oder Selenhexafluoridgas (SeF₆), beim Ausschaltvorgang, wobei der Kolben über eine Totgangverbindung mit dem beweglichen Schaltstück gekuppelt und das feststehende Schaltstück innerhalb einer Düse an der einen Stirnseite des Zylinders angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben gleichachsig mit dem beweglichen Schaltstück angeordnet und über Zugstangen gekuppelt ist, die durch die das feststehende Schaltstück tragende Stirnseite des Zylinders geführt sind.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugstangen an einer Hülse befestigt sind, in der das bewegliche Schaltstück um einen bestimmten Betrag verschiebbar gelagert ist, und daß zwischen dem beweglichen Schaltstück und der Hülse eine Druckfeder vorgesehen ist.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das bewegliche Schaltstück stumpf gegen das Gegenschaltstück stößt.

4. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung und die Schaltstücke in an sich bekannter Weise in einer Schaltkammer sitzen, die aus einem zylindrischen Isolierstoffrohr und metallischen Deckeln an den Stirnseiten des Rohres besteht, wobei die Teile der Schaltkammer durch Zugstangen gegeneinandergepreßt werden.

5. Leistungsschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder der Pumpeinrichtung an dem oberen Deckel befestigt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 716 296, 704181,

700729, 690054, 647042, 619 806, 611119;
deutsche Auslegeschrift Nr. 1073 061;
schweizerische Patentschriften Nr. 315 441,

182511.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

609 658/291 8.66 ® Bundesdruckerei Berlin