DE2406149A1

DE2406149A1 - Hochspannungsschalter, insbesondere druckgasschalter

Info

Publication number: DE2406149A1
Application number: DE19742406149
Authority: DE
Inventors: Hans Heutschi
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1974-02-08
Publication date: 1975-01-30
Also published as: FR2237296B1; ATA479274A; FR2237296A1; CH555589A; AT329144B

Description

Patentanwälte «ι / η C 1 / Q

S 3 0

Dip:.- = -jj. Giur.ikow A 1072

Sprecher & Schuh AG Aarau /AG

(Schweiz)

Hochspannungsschalter, insbesondere Druckgasschalter

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsschalter, insbesondere einen Druckgassschalter, rait einem festen Kontaktsatz und einem mittels eines Antriebs auf diesen zu und von diesem wegbewegbaren Kontaktsatz, wobei beide Kontaktsätze je miteinander in Eingriff bringbare Leistungs- und Abreisskontakte aufweisen und wobei bei einem der Kontaktsätze die beiden Kontakte inbezug aufeinander beschränkt beweglich sind, um bei der Wegbewegung der Kontaktsätze voneinander die Schaltstrecke zwischen den Abreisskontakten in zumindest zwei Schritten mit vorübergehendem Stillstand der Relativbewegung zu vergrössern.

Es ist bekannt, dass bei Hochspannungsschaltern die Löschung des beim Ausschaltvorgang praktisch unvermeidlichen Lichtbogens eines der wichtigsten Anliegen des Schalterbauers ist. Eberiso weiss man, dass es innerhalb des Schaltweges einen Bereich gibt, in dem die erstmalige Löschung des Lichtbogens am günstigsten und wahrscheinlichsten ist. Dieser Bereich wird in Fachkreisen die "ideale Löschdistanz" genannt, wobei dieser Begriff insofern nicht ganz zutreffend ist, als es sich nicht uri eine "Distanz"

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d.h. um eine wohl definierte Strecke handelt, sondern vielmehr um einen Bereich.

Da die Ausschaltbewegung aber mit einer sehr grossen Geschwindigkeit erfolgt, um die Dauer des Lichtbogens möglichst kurz zu halten, kann es vorkommen, dass im Zuge der Ausschaltbewegung die ideale Löschdistanz in einem Zeitraum durchfahren wird, da kein Nulldurchgang des Stromes stattfindet, was andererseits eine weitere Voraussetzung für die Löschung des Lichtbogens ist.

Es sind daher bereits Schalter der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei denen die Leistungskontakte den Ausschaltweg ohne Unterbrechung durchfahren, die Abreisskontakte jedoch zunächst einander nachgeführt werden, worauf sie dann für eine kurze Zeit voneinander in der idealen Löschdistanz verharrend gehalten und erst danach weiter voneinander entfernt werden.

Praktisch wurde dies bei den bekannten Schaltern dadurch erreicht, dass der Abreisskontakt des festen Kontaktsatzes beschränkt beweglich und unter der Wirkung einer gegen den beweglichen Kontaktsatz hin wirksamen Feder im entsprechenden Leistungskontakt gelagert wurde. Beim Ausschalten eines solchen Schalters fährt somit der Abreisskontakt des festen Kontaktsatzes zunächst dem beweglichen Abreisskontakt nach, wird sodann durch einen Anschlag festgehalten, so dass sich die Abreisskontakte voneinander trennen. Daraufhin wird der Abreisskontakt des festen Kontaktsatzes mittels einer mit dem beweglichen Kontaktsatz mitbeweglichen ausklinkbaren Mitnehmerstange dem beweglichen Abreisskontakt nachgeführt, so dass die Distanz zwischen den beiden Abreisskontakten

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-eben die ideale Löschdistanz- eine zeitlang beibehalten wird, worauf die Mitnehmerstange ausgeklinkt wird, was ein Zurückschnellen des "festen" Abreisskontaktes zur Folge hat.

Schon aus dieser Schilderung der Arbeitsweise des bekannten Schalters ergibt sich , dass der Aufbau dieses Schalters eines erheblichen technischen Aufwandes bedarf. Abgesehen davon durchfahren die Abreisskontakte eine gewisse Strecke des gesaraten Schalterhubes miteinander, wobei sie in der idealen Löschdistanz voneinander verharren. Dies hat zur Folge, dass auch die Momentanlage., in der sich die Kontaktsätze bei der tatsächlichen Löschung des Bogens (liulldurchgang des Stromes) inbezug aufeinander und inbezug auf die übrigen, ortsfesten Schalterteile befinden, unbestimmt ist. Darüber hinaus ist ein mechanisches Kopplungsglied (Mitnehmerstange) zwischen dem beweglichen Kontaktsatz und dem Abreisskontakt des festen Kontaktsatzes erforderlich, welches Kopplungsglied zwangsläufig die Schaltstrecke überspannen muss. Dies hat zur Folge, dass gerade dieses Kopplungsglied den beim Zünden des Bogens sich entwickelnden, stark ionisierten Schaltgasen ausgesetzt ist, was zu Ablagerungen und zu Kriechströmen längs des Kopplungsgliedes führen kann. In letzter Konsequenz haftet somit dem bekannten Schalter trotz des Verharrens der Abreisskontakte in der idealen Löschdistanz ein nicht zu unterschätzendes Risiko der Unzuverlässigkeit an. Daran ändert auch eine allfällige Beblasung des Lichtbogens durch ein schwer zersetzbares Schutzgas nichts. Im Gegenteil, selbst bei dem häufig als Schutzgas angewendeten Schwefelhexafluorid (SF5) vermag der Lichtbogen Fluor-Ionen freizusetzen, die dann praktisch auf alle Bestandteile korrosiv wirken.

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Es ist somit ein Anliegen der Erfindung, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die geschilderten Nachteile bei zudem noch einfacherem Aufbau weitgehend vermieden sind.

Zu diesem Zweck ist der vorgeschlagene Hochspannungsschalter erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass der Abreisskontakt des bewegbaren Kontaktsatzes in dessen Bewegungsrichtung geführt, inbezug auf dessen Leistungskontakt verschiebbar gelagert und durch einen in Wegbewegung wirksamen, durch den Leistungskontakt auslösbaren Kraftspeicher bewegbar ist. Bei diesem Schalter sind somit der Leistungskontakt sowie der Abreisskontakt des festen Kontaktsatzes ortsfest angeordnet und der gewissermassen gestufte Bewegungsablauf zwischen den Kontakten des festen und des beweglichen Kontaktsatzes wird durch Steuerung der Bewegungen der Kontakte des beweglichen Kontaktsatzes allein erreicht.

In seiner Ausfuhrungsform als Druckgasschalter kann beim vorgeschlagenen Hochspannungsschalter der Leistungskontakt des beweglichen Kontaktsatzes an dem einen Ende eines auf einem ortsfesten Kolben verschiebbar gelagerten KompressionsZylinders ausgebildet sein, während der Abreisskontakt ein koaxial zum Leistungskontakt angeordneter Kontaktstift ist, der von einer mit dem inneren des Kompressionszylinders in Verbindung bringbaren, mit dem Abreisskontakt mitbeweglichen Blasdüse umgeben ist. In dieser Ausführungsform kann der Abreisskontakt sich durch den Kolben hindurch erstrecken und daselbst das eine Widerlager für eine andernends auf der der Druckseite abgekehrten Seite des Kolbens abgestützte Druckfeder bilden, wobei durch die Wegbewegung des Leistungskontaktes ausrückbare, auf das genannte Widerlager wirksame Anschläge vorgesehen sein können. In diesem Falle ist der gesamte Mechanismus, der den ge-

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stuften Bewegungsablauf des Abreisskontaktes steuert, in einem dielektrisch neutralen Raum untergebracht, der ausserdem durch "sauberes" Schutzgas umspült ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes darstellenden Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die in vorliegendem Zusammenhang v/esentlichen Teile eines Druckgasschalters und

Fig. 2-4 den Druckgasschalter der Fig.l in verschiedenen Phasen der Ausschaltbewegung.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Druckgasschalter ist der feste Kontaktsatz mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Er weist einen im wesentlichen rohrförmigen Leistungskontakt 11 auf, der einen buchsenförmigen Abreisskontakt 12 umgibt. Die beiden Kontakte 11 und 12 sind durch nicht näher dargestellte Mittel ortsfest inbezug aufeinander in einem ebenfalls nicht dargestellten Schaltergehäuse gehaltert. Ein allgemein mit der Bezugsziffer bezeichneter beweglicher Kontaktsatz weist einen Leistungskontakt 14 auf, der im wesentlichen aus einem Kranz federnd an die Mantelfläche des Kontaktes 11 gepresster Kontaktlamellen 15 aufgebaut ist. Dieser Kranz Kontaktlamellen 15 ist durch nicht näher dargestellte Mittel am oberen Ende eines Kompressionszylinders befestigt. Der Kompressionszylinder 16 ist einerends über an

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seinem unteren Ende drehbar gelagerte Rollen 18 axial in einem Führungsrohr 17 verschiebbar geführt. Vom unteren Ende des Führungsrohres 17 erstreckt sich auch eine Tragsäule 19 durch den Boden des KompressionsZylinders 16 hindurch und trägt an seinem oberen Ende einen Kolben 20, der mittels einer Dichtung 21 dichtend an der Innenwand des Kompressionszylinders 16 anliegt. Am unteren Ende des Kompressionszylinders 16 greift, wie mit gestrichelten Linien scheraatisch angegeben, auch ein Schalterantrieb 22 an. Der Kompressionsraum 23 des KompressionsZylinders 16 ist obernends durch eine Abschlusswand 24 abgeschlossen, die mit dem Kompressionszylinder 16 mitbeweglich ist. In dieser Abschlusswand 24 ist eine Oeffnung 25 ausgebildet, durch welche das Einlassrohr 26 einer Blasdüse 27 aus Isolierstoff greift. Die Blasdüse 27 ist durch nicht dargestellte Mittel an einem Schaltstift 28 befestigt, der den Abreisskontakt des beweglichen Kontaktsatzes 13 bildet. Während in Fig. 1 das obere Ende des Kontaktstiftes 2 8 in die Oeffnung des Abreisskontaktes 12 greift, erstreckt sich der Schaft des Kontaktstiftes 28 durch den Kompressionskolben hindurch und ist auf dessen dem Kompressionsraum 23 abgekehrter Seite an einem Führungsrahmen 29 befestigt. Dieser Führungsrahmen 29 bildet das eine Widerlager einer Druckfeder 30, die andernends auf der dem Kompressionsraum 2 3 abgekehrten Seite des Kolbens 20 abgestützt ist. Im Führungsrahmen ist ausserdem eine Oeffnung 31 ausgebildet, durch die eine Klinkenstange 32 greift, die an ihrem einen Ende an einem am Kolben 20 angeformten Lagerauge 33 angelenkt ist und an ihrem anderen Ende eine frei drehbare Rolle 34 trägt. Durch eine nicht näher dargestellte Feder ist die Klinkenstange 32 zur Anlage mit ihrer Rolle 34 an die Innenwand des unteren Bereiches des KompressionsZylinders 16 gedrängt. Die Klinkenstange 32 weist ausserdem zwei Ab-

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sätze 32' und 32'' auf, die -darauf wird noch zurückzukommen sein-Anschläge für die Ränder der Oeffnung 31 im Führungsrahmen 29 bilden.

An der Innenwand des KompressionsZylinders 16 ist im Bereiche der Klinkenstange 32 eine Schaltkulisse 33 sowie ein ringförmiger Anschlagbund 34 befestigt.

Aus dem Gesagten ergibt sich, dass im Gegensatz zu den herkömmlichen Druckgasschaltern, der bewegliche Abreisskontakt 28 nicht starr mit dem Kompressionszylinder 16 bzw. den an diesem befestigten Kontaktlamellen 15 mitbeweglich ist. Vielmehr wird in Fig.l die Lage des Abreisskontaktes 28 durch den Anschlag 32' an der Klinkenstange 32 bestimmt, die ihrerseits in Schaltrichtung unbeweglich angeordnet ist.

In Fig. 2 ist der Druckgasschalter der Fig. 1 in einer Stellung kurz nach Beginn des Ausschaltvorganges dargestellt. Man erkennt den Leistungskontakt 11 und den Abreisskontakt 12 des festen Kontaktsatzes 10 und den Abreisskontakt 28 mit der Blasdüse 27 des beweglichen Kontaktsatz, die inbezug auf die entsprechenden Kontakte des festen Kontaktsatzes noch dieselbe,Relativlage wie in Fig. 1 aufweisen. Dagegen ist durch den Antrieb 22 der Leistungskontakt 14 des beweglichen Kontaktsatzes 13 bereits axial vom Leistungskontakt 11 abgezogen worden. Da der Kolben ortsfest ist, die Kontaktlamellen 15 jedoch mit dem Kompressions-. zylinder 16 mitbeweglich sind, hat sich eine Verringerung des Kompressionsraumes 23 ergeben und damit eine Vorkompression des dort befindlichen Schutzgases. Dieses kann indessen noch nicht durch die Blasdüse 27 entweichen, da, wie dargestellt, durch die dichtende Anlage des Kontaktstiftes 28 bzw. der Auslassöffnung

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der Blasaüse 27 air; Abreisskontakt 12 die Ausgänge aus der Blasdüse noch versperrt sind. Mit der Abwärtsbewegung des Kompressionszylinders 16 hat sich auch die Schaltkulisse 33 nach unten bewegt und ihre erste Ramrjie 33' steht im Begriffe, die Rolle 34 der Klinkenstange 32 von der Anlage an die Innenwand des Schaltzylindors Io abz\iheben. Koch ist die Lage des Führungsrahmens 29 unu daii.it des Kontaktstiftes 28 durch den Anschlag 32' bestimmt.

Sobald die Rolle 34 durch die Rampe 33' der Schaltkulisse von der Innenwand des Schaltzylinders 16 abgehoben wird (Fig.3), wird der Anschlag 32' aus seiner fairklage inbezug auf die Oeffnung 31 XH₁ Führungsrahmen 29 ausgerückt, die Druckfeder 30 tritt augenblicklich in Aktion und treibt den Führungsrahmen 29 und dar.it den Schaltstil t 28 bis zum Anschlag auf den nächsten Anschlag 32'' auf der Klinkenst.mge 32. Dadurch gelangt auch der Kontaktstift 28 ausser Linqrirf mit dem Abreisskontakt 12, die Ausgangsöffnung der Bla.sdiisf- 2 7 öffnet sich und es erfolgt eine kräftige Eeblasung des zwloonrn uoru Abreisskontakt 12 und dem oberein Lüde des Kontaktstift!·.5 Zb entstehenden Lichtbogens. Eu ist zu beacnten, dass 'der Ai)St rim:, zwischen de;ri Anschlag 32' und dem Abreisskont akt 12 de. i"ait fjc.-v'äl.lt ioi , dnss beim Anschlagen dos Führunqsrahr..ens 29 auf rii.ohon Anschlag sich zwischen dem oberen Ende des Kontaktstift er >8 und UCP Ahrc. j üskontakt 12 c;ic:· pogenannte- "ideale Lös?rhaii^:ti.-nz-" einstellt. Inzwischen hat sich aber auch der Lei stungr;kcnt akt 14 des beweglichen I oritakfsatzes 13 weiter ^om festen Kontaktsatz 10 entfernt, der !Compressionsraum 23 hat sich weitei \erkxeineit, so dass die Beblasung des Lichtbogen- v.'.-.itergeht.

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Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Kompressionszylinders 16 bewegt sich mit diesem auch die Schaltkulisse 33 abwärts, bis deren zweite Rampe 33'' die Rolle 34 der Schaltstange 32 noch weiter von der Innenwand des Schaltzylinders abhebt. Damit gelangt auch der zweite Anschlag 32'· der Schaltstange 32 ausser Eingriff mit dem Führungsrahmen 29, so dass sich die Druckfeder 30 ganz entspannen kann und der Führungsrahmen 29 augenblicklich zur Auflage an den Anschlagbund 34 gelangt. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Damit haben der Kontaktstift 28 und der Leistungskontakt 14 des beweglichen Kontaktsatzes 13 wieder dieselbe Bezugslage zueinander erlangt, die sie in der Einschaltstellung (Fig. 1) hatten, der Kompressionsraum 23 ist praktisch auf Null zusammengeschrumpft, das darin befindliche Löschgas ist durch die Blasdüse 27 abgeblasen worden und hat damit Reste von ionisierten Gasen, die möglicherweise in der Schaltstrecke zwischen dem festen und dem beweglichen Kontaktsatz zurückgeblieben sind, weggetragen, so dass ein Rückzünden des während des Verweilens der beiden Abreisskontakte in idealer Löschdistanz gelöschten Bogens ausgeschlossen ist.

Bei einem aus der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Schalters erfolgenden Einschalthub nimmt der Anschlagbund 34, der am Kompressionszylinder 16 befestigt ist, den Führungsrahmen 29 des Kontaktstiftes 28 mit und damit ist die gleichsinnige Bewegung beider Kontakte des beweglichen Kontaktsatzes gewährleistet. Zugleich kann bei diesem Einschalthub über ein nicht dargestelltes Ansaugventil im Kolben 20 aus dem dem Kompressionsraum 23 abgekehrten Raum im Kompressionszylinder 16 frisches Schutzgas in den sich beim Einschalthub wieder vergrössernden Kompressionsraum 23 angesaugt werden.

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Es versteht sich von selbst, dass die Steuerung der Bewegung des Kontaktstiftes 28 inbezug auf den Korapressionszylinder 16 und mithin inbezug auf den Leistungskontakt 14 des beweglichen Kontaktsatzes 13 auch auf andere Weise als mit einer Klinkenstange erfolgen kann. Insbesondere können Anschläge auf der Tragsäule vorgesehen sein, in die eine am Führungsrahmen 29 angelenkte Klinke eingreift. Diese Klinke kann durch Schaltfinger, die mit dem Kompressions ^zylinder 16 mitbeweglich sind, ausser Eingriff gebracht werden, damit der Kontaktstift 28 durch den zwischen Kolben 20 und Führungsrahmen 29 eingeschalteten Kraftspeicher (Feder 30) um eine weitere Strecke seines Ausschalthubes fortbewegt wird.

Die Vorteile des dargestellten Druckgasschalters lassen sich wie folgt zusammenfassen: Die Schaltstrecke zwischen dem festen Kontaktsatz 10 und dem beweglichen Kontaktsatz 13 ist, abgesehen vom unvermeidlichen Schaltergehäuse (nicht dargestellt), durch keinen weiteren Schalterbestandteil überbrückt. Die Schaltstrecke bleibt somit dielektrisch "sauber", so dass sich auch das beim Ausschaltvorgang mit der wiederkehrenden Spannung aufbauende Feld besser beherrschen lässt. Die Steuerung der Relativbewegung zwischen dem Abreisskontakt und dem Leistungskontakt des beweglichen Kontaktsatzes ist in einem dielektrisch neutralen Raum untergebracht, d.h. in einem feldfreien Raum. Dieser Raum ist ausserdem von der Beaufschlagung durch die stark ionisierten und z.T. korrosiven Schaltgase abgeschirmt.

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Claims

P a t e η t a η s ρ r ü ehe

1.j Hochspannungsschalter, insbesondere Druckgasschalter, mit einem festen Kontaktsatz und einem mittels eines Antriebs auf diesen zu und von diesem wegbewegbaren Kontaktsatz, wobei beide Kontaktsätze je miteinander in Eingriff bringbare Leistungs- und Abreisskontakte aufweisen und wobei bei einem der Kontaktsätze die beiden Kont akte in bezug aufeinander beschränkt beweglich sind, um bei der Wegbewegung der Kontaktsätze voneinander die .Schaltstrecke zwischen den Abreisskontakten in zumindest zwei Schritten mit vorübergehend konstant gehaltenem Abstand zu vergrössern, dadurch gekennzeichnet, dass der Abreisskontakt (28) des bewegbaren Kontaktsatzes (13) in dessen Bewegungsrichtung geführt in bezug aui dessen Leistungskontakt (14) verschiebbar gelagert und durch einen in Wegbewegung wirksamen, durch den Leistungskontakt (14) auslösbaren Kraftspeicher (30) bewegbar ist.

2. Hochspannungsschalter gemäss Anspruch 1, in seiner Ausführungsform als Druckgasschalter, bei den dar Leistungskontakt des beweglichen Kontaktsat?es an dom einen Ende eines auf einem ortsfesten Kolben verschiebbar gelagerten Kompressionszylinders ausgebildet ist und beJ dem der Abreisskontakt ein koaxial zum Leistungskontakt angeordneter Kontaktstift ist, der von einer mit dem Inneren des Kompressionszylinders in Verbindung bringbaren, mit dem Äbreisskontakt mitbeweglichen Blasdüse umgeben ist, da-

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durch gekennzeichnet, dass der Abreisskontakt (28) sich durch den Kolben (20) hindurch erstreckt und daselbst das eine Widerlager für eine andernends auf der der Druckseite abgekehrten Seite des Kolbens (20) abgestützte Feder

(30) bildet, wobei durch die Wegbewegung des Leistungskontaktes (14) ausrückbare, auf das genannte Widerlager

(29) wirksame Anschläge (32', 32'') vorgesehen sind.

3. Hochspannungsschalter gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der der Druckseite abgekehrten Seite des Kolbens (20) eine Klinkenstange (32) angelenkt ist, deren Klinkenzähne (32', 32'') die Anschläge sind und die durch eine mit dem Leistungskontakt (14, 16) mitbewegliche Kulisse (33) schrittweise aus ihrer Wirkstellung ausklinkbar ist.

4. Hochspannungsschalter gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Kontaktstelle abgekehrten Endbereich des Abreisskontaktes eine Klinke angeordnet ist, die mit ortsfesten Anschlägen zusammenwirkt und aus diesem mittels eines mit dem Leistungskontakt mitbeweglichen Schaltfinger ausrückbar ist.

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