DE19817444C1 - Schalter - Google Patents

Abstract

Löschkammer, insbesondere für Mittelspannungs-Lasttrennschalter für Spannungen zwischen 6 und 36 kV, mit einem beweglichen Schaltmesser, einer Druckkammer, einer davon getrennten Expansionskammer und eine zumindest teilweise verschließbare Öffnung in der Expansionskammer.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere Mittelspannungs-Lasttrennschalter für Spannungen zwischen 6 und 36 kV.

Um Lichtbögen beim Öffnen der Kontakte eines Lasttrenn­ schalters möglichst schnell zum Erlöschen zu bringen, ist es bekannt, Löschkammern in einer Nebenstrombahn an­ zuordnen, in der nur kurzzeitig, unmittelbar nach Öffnen des Hauptkontaktes Strom über einen vorübergehend in Einschaltposition befindlichen Nacheilkontakt fließt. Ein in der Löschkammer angeordneter beweglicher Kontakt- oder Schaltstift bzw. -messer unterbricht den Neben­ stromkreis. Der dabei entstehend Lichtbögen wird in der Löschkammer gelöscht.

Der messer- oder stiftförmige Kontakt- oder Schaltstift wird zwischen Körpern angeordnet, die beim Erwärmen Gas abgeben (Hartgasprinzip). Der Stift bzw. das Messer be­ wegt sich beim Ein- und Ausschalten zwischen diesen Kör­ pern hindurch. Unter dem Einfluß der Wärme, die von dem beim Abschalten entstehenden Lichtbogen ausgeht, baut sich einerseits durch Erwärmung der in der Löschkammer vorhandenen Luft, andererseits durch die Gasentwicklung ein Druck auf, der eine Gasströmung erzeugt, die kühlen und den Lichtbögen möglichst schnell löschen soll.

Die Anforderungen an Mittelspannungs-Schaltgeräte stei­ gen ständig. Während bisher Schaltgeräte, die als "Standzeit" 20 Lastabschaltungen bewältigen, marktüblich waren, werden nun 100 Lastabschaltungen bei Spannungen von 12 und 24 kV und einem Strom von 630 A verlangt. Um immer mehr Leistung immer öfter abschalten zu können, ist es erforderlich, größere und druckfestere Löschkam­ mern zu bauen, die so bemessen sind, daß das für die Löschung des Abschaltlichtbogens erforderliche Löschgas in erforderlicher Menge zur Verfügung gestellt wird und sie dem durch die Abschaltung entstehenden Druck stand­ halten. Da der Raum in Mittelspannungs-Schaltanlagen je­ doch sehr begrenzt ist und die Anlagenabmessungen maß­ geblich von der Schaltergröße bestimmt werden, dürfen die Abmessungen der Schaltgeräte trotz der erhöhten An­ forderungen an die Abschaltleistung nicht nennenswert vergrößert werden.

Daher ist es derzeit üblich, aus Platzgründen für jede der Spannungsreihen (10, 20, 30 kV) unterschiedliche Löschkammern zu bauen, um die Schalter der jeweiligen Spannungsreihe möglichst klein bauen zu können.

Es sind Schalter beispielsweise aus der DE 195 40 552 A1 oder aus der DE 195 22 852 A1 bekannt, die auch unter dem Aspekt eines möglichst geringen Raumbedarfs entwickelt wurden.

So offenbart die DE 195 40 552 A1 eine in einen Stützisolator integrierte Löschkammer, die sich jeweils zwischen den Stützisolatoren eines Pols be­ findet. Der in der Löschkammer befindliche Schaltstift wird zum Ausschalten entlang einer geraden Bewegungsbahn aus der Löschkammer gezogen. Diese gradlinige Bewegung beansprucht relativ viel Platz, da zumindest die Länge, um die der Schaltstift aus der Kammer gezogen wird, au­ ßerhalb der Löschkammer in Verlängerung dieser für die Schaltbewegungen freigehalten werden muß.

Zur Verminderung dieses Raumbedarfs schlägt die DE 195 22 852 A1 eine rohrförmige Lösch­ kammer mit einem Schaltstift vor, die beide die Form ei­ nes Kreissegmentes besitzen. Der Schaltstift ist über Verbindungen an einem Drehpunkt so ausgelenkt, daß er eine Bewegung durchführt, die auf der durch seine Form und die der Löschkammer vorgegebenen Kreisbahn liegt. Um den Schaltstift aus seiner Kontaktposition aus der Löschkammer herauszuziehen, wird zwar schon erheblich weniger Platz beansprucht, als bei der zuvor beschriebe­ nen Löschkammer.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das Problem zugrunde, einen Schalter mit einer den geforderten Abschaltleistungen stand­ haltenden, druckfesten Löschkammer zu bauen, die möglichst geringen Platz beansprucht und möglichst universell ein­ setzbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schalter mit den im Hauptanspruch angegebenen Merkmalen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es möglich, Schaltmesser in die Löschkammer einzulassen, so daß die Löschkammer, um den gestiegenen Leistungsanforderungen gerecht zu werden, größer ausgelegt werden konnte, ohne daß der Platzbedarf für Schaltmesser plus Löschkammer insgesamt gestiegen ist, so daß trotz Leistungssteige­ rung die bestehenden Rastermaße der Schaltzellen einge­ halten werden können. Bestehende Mittelspannungs-Schalt­ geräte können somit problemlos mit den erfindungsgemäßen Geräten nachgerüstet werden.

Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Schalter mit Löschkammer so ausgelegt, daß seine Löschkammer für unterschiedliche Spannungen, bei­ spielsweise für 12 und 24 kV, eingesetzt werden kann. Dadurch, daß eine Löschkammer für mehrere Spannungsrei­ hen eingesetzt werden kann, entsteht ein erheblicher Ko­ stenvorteil.

Innerhalb der Löschkammer sind in an sich bekannter Weise Körper aus beim Erwärmen gasabgebendem Material vorgesehen. Diese können Plattenform besitzen und sich im eingeschalteten Zustand gegen den Schaltstift bzw. die Messerkontaktspitze drücken. Jede weitere Form die­ ser Körper ist denkbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a einen Querschnitt durch eine Löschkammer, in ausgeschaltetem Zustand;

Fig. 1b einen Schnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 1a entlang der Linie A-A;

Fig. 2a einen Querschnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 1a, bei der sich das Schaltmesser in einer Mittelstellung zwischen ein- und ausgeschalte­ tem Zustand befindet;

Fig. 2b einen Schnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 2a entlang der Linie A-A;

Fig. 3a einen Querschnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 1a, in eingeschaltetem Zustand;

Fig. 3b eine Ansicht einer Schaltkammer gemäß Fig. 3a aus der Richtung A;

Fig. 4a einen Querschnitt durch ein weiteres Ausfüh­ rungsbeispiel einer Löschkammer, in eingeschal­ tetem Zustand; und

Fig. 4b eine Ansicht einer Löschkammer gemäß Fig. 4a aus der Richtung A.

In Fig. 1a ist eine Löschkammer 1 dargestellt, die aus einem Gehäuse 2 besteht, das in eine Druckkammer 3 und eine Expansionskammer 4 aufgeteilt ist, die durch eine Wand 5 mit einer Öffnung 6 voneinander getrennt sind. In der Druckkammer 3 befindet sich auf der der Expansions­ kammer 4 abgewandten Seite ein feststehender Kontakt 7.

Die Expansionskammer 4 weist auf ihrer der Wand 5 gegen­ überliegenden Seite eine Öffnung 8 auf, die sich auch in den unteren Bereich der Expansionskammer 4 erstreckt und dort quasi eine Zusatzöffnung 9 bildet.

Die Öffnungen 8 und 6 dienen dem Durchtritt der Kontakt­ spitze eines beweglichen Schaltmessers 11 der Neben­ strombahn durch die Druck- 3 und die Expansionskammer 4 bis hin zum Kontakt 7; das Schaltmesser wird in der ein­ geschalteten Position durch eine Nase 12 gehalten, die es hinterhakt. Das Schaltmesser 11 ist in Fig. 1a nur teilweise, nämlich mit seiner Kontaktspitze 11a darge­ stellt, die über einen entsprechend gebogenen Schaftteil 11b mit dem Schwenkpunkt B verbunden ist, so daß das Messer sich beim Ein- und Ausschalten entlang einer Kreisbahn bewegt.

In der Druckkammer 3 sind Löschplatten 10 aus beim Er­ wärmen gasabgebenden Werkstoff angeordnet, die mit Fe­ dern 21 beaufschlagt sind, so daß sie gegeneinander ge­ preßt werden. Das Schaltmesser 11 bewegt sich während des Ein- und Ausschaltens zwischen ihnen hindurch und berührt sie dabei.

Das Schalt- bzw. Trennmesser 11 ist, wie die Draufsich­ ten zeigen, flach geformt. Damit die Löschkammer den An­ forderungen bezüglich der Anzahl der Abschaltungen bei den genannten Leistungen (Spannungen und Stromstärken) standhalten kann, war es erforderlich, das Löschkammer­ volumen zu vergrößern, was mit der Erfindung unter Ein­ haltung der Schalterdimensionen und Beibehaltung des Zellenrasters in überraschend einfacher Weise dadurch erreicht wird, daß nicht nur die Kontaktspitze 11a in die Löschkammer taucht, sondern zumindest teilweise auch der Schalt- bzw. Trennmesserschaft 11b.

Das wird durch den Teil 9 der Öffnung 8, also die erfin­ dungsgemäße Zusatzöffung ermöglicht. Während des Ein­ schaltens, also wenn das Schaltmesser 11 auf den fest­ stehenden Kontakt 7 zu bewegt wird, tritt zunächst der Halteteil 13 und dann die Kontaktspitze 11a des Schalt­ messers 11 durch den nach hinten gerichteten Teil der Öffnung 8. Sobald das Schaltmesser 11 jedoch die in Fig. 2a, b dargestellte Position erreicht hat, tritt auch sein Schaft 11b in den Kammerbereich, nämlich die Zusatzöff­ nung 9 der Öffnung 8 ein, und das um so weiter, je wei­ ter es sich dem feststehenden Kontakt 7 nähert.

Damit die Löschkammer trotz der Zusatzöffnung 9 in der Expansionskammer 4 ihre Aufgabe, nämlich den beim Ab­ schalten entstehenden Lichtbogen zum Erlöschen zu brin­ gen, zuverlässig erfüllt, ist der Bereich 9 der Öffnung 8, also die Zusatzöffnung in dem in Fig. 1a, b darge­ stellten ausgeschalteten Zustand durch zwei Klappen 14, die beispielsweise aus Isolierstoff bestehen, ver­ schlossen. Wie in Fig. 1b ersichtlich, sind die Klappen 14 an der Unterseite der Löschkammer 1 beweglich befe­ stigt, und zwar an den Punkten C. Sie haben jeweils die Form eines Kreissegmentes und überlappen sich im ausgeschalteten Zustand den Bereich der Zusatzöffnung 9 verschließend. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sie federbelastet, so daß sie ohne eine äußere, auf sie wirkende Kraft, den in Fig. 1b dargestellten Zustand einnehmen. Die Löschplatten 10 liegen im ausgeschalteten Zustand aufeinander.

Sobald nun der Schalter durch das Schaltmesser 11 ge­ schlossen wird, sich also um den Punkt B auf den fest­ stehenden Kontakt 7 zu bewegt und es dabei wie zuvor be­ schrieben in die Expansionskammer eintritt, trifft sein Schaft 11b irgendwann, wie in Fig. 2a, b dargestellt, auf die Klappen 14 und drückt diese dann entgegen der auf sie wirkenden Federkraft auseinander, so daß sich nach und nach die zunächst verschlossene Zusatzöffnung 9 öff­ net und somit das Schaltmesser 11 im eingeschalteten Zu­ stand nur noch durch die Zusatzöffnung 9 aus der Lösch­ kammer herausragt.

Dieser Zustand ist in den Fig. 3a, b dargestellt. Die Klappen 14 sind nun ganz geöffnet, so daß sie die Zu­ satzöffnung 9 freigeben. Sie werden von dem Schaltmes­ serschaft 11a in dieser Stellung gehalten, während die Schaltmesserkontaktspitze 11a die Löschplatten 10 aus­ einanderdrückt.

Beim Ausschalten, also wenn das Schaltmesser 11 vom Kon­ takt 12 und somit vom feststehenden Kontakt 7 getrennt wird, vollziehen Schaltmesser 11 und Klappen 14 den um­ gekehrten Bewegungsablauf. Je weiter sich das Schaltmes­ ser 11 aus der Löschkammer 1 heraus bewegt, also eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn um den Punkt B ausführt, um so mehr zieht es sich aus der Zusatzöffnung 9 zurück, so daß die Klappen 14 durch die auf sie wir­ kende Federkraft nach und nach die in den Fig. 1a, b dar­ gestellte Ausgangsposition einnehmen und den Öffnungs­ teil 9 wieder verschließen.

Die Zusatzöffnung ermöglicht für das sichelförmige Schaltmesser 11, daß seine Bewegungsbahn zum großen Teil in der Löschkammer 1 liegt, so daß bei gleichem Platzbedarf für die erfindungsgemäße Löschkammer 1 im Vergleich zu bekannten Löschkammern ein erheblich größe­ res Kammervolumen erzielt wird.

Durch die sich in Abhängigkeit von der Stellung des Schaltmessers 11 bewegenden Klappen 14 wird der Lösch­ vorgang eines beim Abschalten entstehenden Lichtbogens erheblich effizienter. Im Zeitpunkt des Entstehens des Lichtbogens, d. h. wenn sich das Schaltmesser 11 soeben aus seiner geschlossenen Position (vgl. Fig. 3a, b) vom Kontakt 7 zu trennen beginnt, sind die Klappen 14 geöff­ net, so daß relativ viel Sauerstoff in die Löschkammer 1, insbesondere auch in die Druckkammer 3, eindringen kann. Dieser ist zu Beginn des Löschvorgangs auch will­ kommen, da er die möglichst rasche Entstehung des Licht­ bogens aus der kleinen Initialflamme fordert, so daß sehr schnell der durch den Lichtbogen hervorgerufene Verdampfungsvorgang an den Löschplatten einsetzen kann und die entstehenden Gase nun rasch und wirkungsvoll den Lichtbogen löschen. Je weiter sich nun das Schaltmesser 11 aus der Löschkammer heraus bewegt, um so mehr schlie­ ßen sich die Klappen 13 und verhindern somit einerseits eine weitere Zufuhr von Sauerstoff und andererseits ein Austreten der Gase aus der Löschkammer nach unten, was zu einer Ionisierung der Bereiche zwischen den Phasen sowie zur Erde und damit zu Überschlägen (Kurzschluß) führen könnte. Durch die dem Löschvorgang angepaßte Schlitzöffnung 8 werden die Löschgase so gesteuert, daß eine Ionisierung der Isolierstrecke ausgeschlossen ist.

Zudem wirkt sich die zunächst relativ große und sich dann allmählich schließende Zusatzöffnung 9 beschleuni­ gend auf die in der Druckkammer 3 entstehenden Löschgase aus, was insbesondere in der strömungsarmen Anfangsphase durch Verwirbelung eine effizientere Kühlung und somit ein zuverlässigeres Löschen des Lichtbogens bewirkt. Die Schließgeschwindigkeit der Zusatzöffnung 9 kann durch die Form der Klappen 14 variiert und speziell einge­ stellt werden.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen erhöhen somit auch die Effizienz der Löschkammer erheblich.

In den Fig. 4a, b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Löschkammer dargestellt, in der die dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 bis 3 ent­ sprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4a, b unter­ scheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungs­ beispiel durch einen anderen Verschlußmechanismus für die Zusatzöffnung 9.

Anstatt der Klappen 14 wird hier eine Platte bzw. ein Streifen 15 aus Isolierstoff eingesetzt. Diese bzw. die­ ser ist am Kontaktende der Löschkammer 1 bei 16 befe­ stigt und verschließt im ausgeschalteten Zustand des Schalters die komplette Zusatzöffung 9. Beim Schließen des Schaltmessers 11 drückt sein Schaft die Platte bzw. den Streifen 15 entgegen der Wirkung einer Feder 17 in das Gehäuse 2 in Richtung auf den Befestigungspunkt 16, wodurch die Zusatzöffnung 9 freigegeben wird. Die Funk­ tionsweise dieses Ausführungsbeispiels ist dieselbe, wie die zuvor beschriebene. Entsprechend der Stellung des Schaltmessers 11 wird der zusätzliche Öffnungsbereich 9 durch die Platte bzw. den Streifen 15 geöffnet bzw. ver­ schlossen. In der Druckkammer 3 sind entsprechend Lösch­ platten 10 aus beim Erwärmen gasabgebendem Material vor­ gesehen.

Claims (14)

1. Schalter mit Löschkammer (1), insbesondere Mittelspannungs- Lasttrennschalter für Spannungen zwischen 6 und 36 kV, mit

• 1. einem beweglichen Schaltmesser (11),
• 2. einer Druckkammer (3),
• 3. einer Expansionskammer (4), und
• 4. einer zumindest teilweise verschließbaren Öffnung (8) in der Expansionskammer (4).

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschließbare Teil der Öffnung (8) eine Zu­ satzöffnung (9) darstellt, die dem Durchtritt des Trennmesserschaftes (11) dient.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zusatzöffnung Schlitzform besitzt.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Breite der Öffnung (8/9) der Dicke des Trennmessers (11) entspricht.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) durch mindestens eine Klappe (14) verschlossen wird.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge­ kennzeichnet durch zwei sich beim Schließen überlap­ pende Klappen (14).

7. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) durch eine Platte oder ei­ nen Streifen (15) verschlossen wird.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Klappen (14) sowie die Platte oder der Streifen (15) aus Isolierstoff be­ stehen.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Klappen (14) sowie die Platte oder der Streifen (15) federbeaufschlagt sind.

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) in eingeschaltetem Zustand offen ist.

11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) in ausgeschaltetem Zustand geschlossen ist.

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Klappen (14) sowie die Platte oder der Streifen (15) durch das Schaltmesser (11) betätigt werden.

13. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ge­ kennzeichnet durch ein sich auf einer Kreisbahn be­ wegendes Schaltmesser (11).

14. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ge­ kennzeichnet durch federbeaufschlagte Löschplatten (10) in der Druckkammer (3).