DE2417094A1 - Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Description

Miinohen, den 8. April 1974

Sprecher & schuh ag AARAU (Schweiz)

Hochspannungsleistungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter mit mindestens zwei je Pol in Reihe geschalteten, aus mindest = r.s einem ölarmen Schalter und aus mindestens einem Druckgasschalter mit Selbstbeblasung bestehenden Leistungsschaltsteller., >.c~si zbz ölarme Schalter eine schnellere natürliche Verfestigung aufweist und auf einen vorgegebenen niedrigeren Spannungswert verfestigt als der Druckgasschalter, mit einem die Leistungsschaltstsiien betätigenden Schalterantrieb und mit Mitteln zur PotentialEtsuerung und Dämpfung mit Hilfe von Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen, wobei bei Verwendung von Kondensatoren und Widerständen die Kondensatoren den Druckgasschaltern uns ils Widerstände den ölarmen Schaltern und bei Verwendung von Induktivitäten und Widerständen die Widerstände den Druckgassshai-ern und die Induktivitäten den ßlarmen Schaltern parallel gas^i-altst sind.

Aus dem Schweizerpatent Nr. 40Θ 160 -ist ein Hochspannungslsistungsschalter der oben beschriebenen Art bekannt. Die zur Potentialsteuerung und Dämpfung vorgesehenen Mittel bewirken, dass die Spannungsverteilung der nach einer Stromunterbrschung Ober den Schalter wiederkehrenden Einschwingspannung auf die

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einzelnen Schaltstellen eine zeitliche Verlagerung erfährt. Der schnell ansteigende Anfang der wiederkehrenden Spannung fällt praktisch vollständig auf den ölarmen Schalter. Oelarme Schalter weisen nach Erlöschen des Ausschaltlichtbogens eine schnelle elektrische Verfestigung der Schaltstrecke auf, sie sind geeignet für die Uebernahme der steil ansteigenden Anfangsspannung der wiederkehrenden Spannung. Oelarme Leistungsschalter sind aber für sehr hohe Betriebsspannungen pro Unterbrechungsstelle wirtschaftlich nicht vorteilhaft.

Die Steilheit der wiederkehrenden Spannung flacht sich nach einigen Mikrosekunden nach dem Erlöschen des Ausschaltlichtbogsns ab, die Scheitelwerte der wiederkehrenden Spannung steigen aber weiter an. Diese zunehmende weniger steile Spannung fällt allmählich auf den Druckgasschalter. Durckgasschalter sind wirschsftlich vorteilhaft für hohe Betriebsspannungen pro Unterbrachungsstelle, besitzen jedoch nur eine relativ langsame elektrische Wiederverfestigung der Schaltstrecke nach Erlöschen dss Ausschaltlirhtbogens. Die in der oben erwähnten Schweizerpatent Nr. 408 "0 beschriebene Reihenschaltung eines ölarmen und eines Druckga-schalters ergibt eine wirtschaftlich vorteilhafte Kombination für einen Hochspannungsleistungsschalter. Ein Nachteil dieser Anordnung liegt darin, dass zur Betätigung des Schalters relativ hohe Antriebsenergie notwendig ist, insbesondere dann, wenn der Druckgar,^halter mit Selbstbeblasung ausgerüstet ist.

Es sind δlärme.Leistungsschalter bekannt, die zur Ausnutzung der Druckenergie der Schaltgase bei der Unterbrechung eines Schaltlichtbogens mit Differentialkolben ausgerüstet sind. Der Differentialkolben betätigt in den bekannten Schaltern eine LSschr.ittelpumpe, die zur Löschmittelförderung in die Unterbrechungsstrekke vorgesehen ist. Nachteil der bekannten ölarmen Schalter ist, dass ihre Unterbrechungsstellen nur für eine relativ niedrige Betriebsspannung pro Unterbrechungsstelle geeignet sind, wodurch die Anwendung eines Hochspannungsschalters mit mehreren in Reihe geschalteten Unterbrechungsstellen mit wirtschaftlichen Nachteilen verbunden ist.

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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochspannungsleistungsschaiter mit mindestens zwei je Pol in Reihe geschalteten, aus mindestens einem ölarmen Schalter und aus mindestens einem Druckgasschalter mit Selbstbeblasung bestehenden Leistungsschaltstellen zu schaffen, der nur einer relativ kleinen Antriebsenergie bedarf.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Lichtbogenlöschkammer des ölarmen Schalters mit einem Druck-Hubumwandlex^ abgeschlossen ist und der die Hubbewegungen ausführende Teil des Druck- und Hubumwandlers mit der Pumpvorrichtung des Druckgasschalters in Verbindung steht, um während des Ausschaltvorganges die in der Lichtbogenlöschkammer des ölarmen Schalters stromabhängig entstehende Druckenergie für die Betätigung des Druckgasschalters ausnützen zu können.

Der Druck-Hubumwandler kann aus einem an der Lichtbogenlöschkammer des ölarmen Schalters anschliessenden Zylinder und aus einem in diesem Zylinder relativ bewegbaren Kolben bestehen.

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltschema eines Hochspannungsleistungsschalters Fig. 2 den zeitlichen Ablauf der Kontakttrennungen und Schliessungen der Schaltelemente nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt des einen Druckgasschalters Fig. 4 einen Längsschnitt des anderen Druckgasschalters Fig. 5 einen Längsschnitt des ölarmen Schalters mit einem Teil

des Hochspannungsleistungsschalters Fig. 6 eine Gesamtansicht des Hochspannungsschalters.

In Fig. 1 ist das Schaltschema des Hochspannungsleistungsschalters dargestellt. Die drei in Reihe geschalteten Leistungsschaltstellen bestehen aus dem ölarmen Schalter 1 und aus den beiden Druckgasschaltern 2 und 3 mit Selbstbeblasung. Das Mechanismusgehäuse 4*ist mit einer Durchführung 5 versehen. Die geschlossenen

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Leistungsschaltstellen 1, 2, 3 sind mit den beiden Paralleltrennern 6 und 7 überbrückt. Die Stromführung erfolgt bei geschlossenem Leistungsschalter vorwiegend über die Paralleltrenner 5, Bei der Unterbrechung eines Stromes werden zuerst die beiden Trennern B, 7 geöffnet. Der zeitliche Ablauf der Kontakttrennungen und Schliessungen ist in Fig. 2 dargestellt. Die Kontakttrennung der Trenner 6, 7 tritt in Zeitpunkt 8 ein. Bei Fortsetzung der Ausschaltbewegung werden alle Leistungsschaltstellen 1, 2, 3 im gleichen Zeitpunkt 9 geöffnet. In allen drei Schaltern 1, 2, 3 entsteht ein Lichtbogen, der in einem Stromnulldurchgang gelöscht wird. Nach dem Löschmoment erscheint an den Klemmen des Hochspannungsleistungsschalters die wiederkehrende Spannung. Die Verteilung der wiederkehrenden Spannung auf die einzelnen Leistungsschaltstellen 1, 2, 3 ist durch die Kondensatoren 10, 11 und den Widerstand 12 zeitabhängig gesteuert. Die wiederkehrende Spannung mit einer relativ grossen Anfangssteilheit fällt bei der gewählten RC-Steuerung in den ersten MikroSekunden nach der Lichtbogenlöschung praktisch vollständig auf den ölarmen Schalter 1. Der ölarme Schalter 1 weist eine schnellere natürliche Verfestigung als die Druckgasschalter 2, 3 auf, deshalb kann der ölarme Schalter 1 den Anfang der wiederkehrenden Spannung auf sich nehmen. Der spätere wesentlich weniger steile Teil der wiederkehrenden Spannung fällt zum grössten Teil dann auf die Druckgasschalter 2, 3. Der ölarme Schalter verfestigt deshalb auf einem vorgegebenen niedrigeren Spannungswert als die Druckgasschalter.

Die Steuerung kann auch noch mit einer dem ölarmen Schalter parallel geschalteten Induktivität erweitert werden. Bei dieser Steuerung liegen den Druckgasschaltern Kondensatoren und dem ölarmen Schalter ein Widerstand und eine Induktivität parallel

Nachdem die Druckgasschalter 2, 3 praktisch die ganze wiederkeh-rende Spannung übernommen haben, wird der ölarme Schalter 1 in Zeitpunkt 13 wieder geschlossen und bleibt bis zu einer nächsten Ausschaltung in diesem Zustand. Der ölarme Schalter 1 nimmt an

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den Schliessbewegungen des Hochspannungslsistungsschalters nic:v^ teil. Bei einer Schliessbewegung des Hochspannungsleistungssch^l ters werden in Zeitpunkt 14 dia beiden Leistungsschaltstellen 2 und 3 und anschliessend in Zeitpunkt 15 die Trenner B und 7 geschlossen .

Fig. 3 zeigt den Druckgasschalter 2 und den Trenner ß mit dsr Durchführung 5 und Mechanismusgehäuse 4. Der Trenner B besteht aus den beiden Festkontakten 1G, 17 und aus dem in geschlossener Stellung sie verbindenden Kontaktrohr 18. Der Festkontakt 16 ist mit der Abschlusskappe 19 des Hohlisolators 20, der Festkontakt 17 mit dem Mechanismusgehäuse 4 elektrisch leitend fest verbunden. Das Kontaktrohr 18 ist an der aus Isolierstoff bestehenden Düse 21 befestigt und wird mit ihr zusammen durch die Kontaktstange 22 betätigt.

Der Festkontakt 23 der Leistungsschaltstelle ist an der Abschlusskappe 19 befestigt und durchgehend hohl ausgebildet. Die Halterung 24 ist mit Durchbrüchen 25 versehen um für die aus der Düse 21 austretenden heissen Schaltgase den freien Strömungsweg in dis Abschlusskappe 19 zu sichern. Die Schaltgase können sich in der Abschlusskappe 19 abkühlen und über die Oeffnungen 26 in den Gasraum des Schalters strömen.

Der bewegliche Kontaktstift 27 der Leistungsschaltstelle befindet sich am Ende der Kontaktstange 22 und ist in der Düse 21 angeordnet. Die Kontaktstange 22 ist durch die Antriebswelle 28 über das verzahnte Hebelstück 29 und die Isolierstange 30 betätigbar. Die aus Kontaktrohr 18, Düse 21 und Kontaktstange 22 bestehende Einheit bildet den von aussen bewegbaren Pumpzylinder des Druckgasschalters mit Selbstbeblasung. Der Pumpkolben 31 ist mit dem Mechanismusgehäuse 4 kraftschlüssig verbunden, aber elektrisch davon isoliert. Der Pumpkolben 31 besteht aus elektrischem Isoliermaterial und ist am elektrisch leitenden Rohr 32 befestigt. Das Rohr 32 ist mit dem Ring 33 abgeschlossen. Der Ring 33 ist

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mittels Stützisolatoren 34 im Mechanismusgehäuse 4 befestigt. Das Rohr 32 ist zwischen dem Pumpkolben 31 und dem Ring 33 aussen elektrisch isoliert. Im Rohr 32 ist der Gleitkontakt 35 engeordnet, welcher die elektrische Verbindung zwischen Konts^tstangs 22 und Rohr 32 herstellt. Der durch die aus dem Festkontakt 23 und aus dem beweglichen Kontaktstift 27 bestehende Leistungsschaltstelle fliessende Strom wird über die Durchfuhrj ng 5 der nächsten Leistungssc.haltstelle, dem ölarmen Leistungsschalter 1 (in Fig. 1) zugeführt.

Im Rohr 32 befindet sich die Ausschaltfeder 36, die während der Einschaltbewegung gespannt wird, um bei der Ausschaltbswegung einen Teil der notwendigen Ausschaltenergie'zu liefern. Bei der Einschaltbewegung wird das Pumpvolumen über das Rückschlagventil 37 mit Frischgas gefüllt. Als Isoliergas kann irgendein geeignetes Gas verwendet werden, bevorzugt wird Schwefel

Fig. 4 zeigt den Druckgasschalter 3 und den Trenner 7 mit dsm Widerstand 12 und dem Mechanismusgehäuse 4 gemäss Fig. 1. Dis in dieser Fig. 4 nicht im Schnitt dargestellten, unter dem Hohlisolator 38 und der Abschlusskappe 39 befindlichen Teile sind mit den entsprechenden Teilen des in Fig. 3 dargestellten Schalters identisch. Der Trenner ist in dieser Anordnung auch gleich ausgebildet wie in Fig. 3. Das Kontaktrohr 40 ist an der aus Isolierstoff bestehenden Düse 41 befestigt und gleitet im mit dem Mechanismusgehäuse 4 elektrisch leitend verbundenen Festkontakt 42. Die den Schaltstift 43, die Düse 41 und das Kontaktrohr 40 tragende Kontaktstange 44 ist mit einem Gleitkontakt 45 versehen, der die elektrische Verbindung zwischen der Kontaktstange 44 und dem Rohr 46 herstellt. Das Rohr 46 ist mit de-n Nechanismusgehäuse 4 elektrisch leitend und kraftschlussig verbunden. Die Ausschaltfeder 47 wird hier auch während der Einschaltbewegung gespannt. Der Pumpkolben 48 besteht in dieser Anordnung aus Metall und ist mit dem Rückschlagventil 49 versehen. Die Betätigung der Leistungsschaltstelle und des Trenners erfolgt über das mit der Antriebswelle 28 gekoppelten verzahnten Hebelstuck

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und die Stange 51

In dieser Fig. 4 ist noch ein Teil der Verbindung 52 zwischen dem Widerstand 12, dem ölarmen Schalter 1, der Durchführung 5 und der Kondensator 10 sichtbar.

Auf der Fig. 5 ist das Mechanismusgehause 4 mit der Durchführung 5, mit je einem Teil der beiden Isolatoren 20, 38, der Stützisolator 53, der Drehsäulenisolator 54 und Teile der beiden Kondensatoren 10, 11" sowie der Verbindung 52 sichtbar. Die Antrie^swel-. Ie 28 wird durch den in Fig. 6 dargestellten im geerdeten Chassis 55 untergebrachten Schalterantrieb über den Drehsäulenisolator 54 und über die Kegelräder 56, 57 betätigt. Die Antriebswelle 28 ist für die Betätigung der Druckgasschalter dicht in das Mechanismusgehause 4 eingeführt. Ausserhalb der Mechanis-.usgehäuse 4 ist an der Antriebswelle 28 ein Hebel 58 befestigt, der über das Gestänge 59 und Hebel 60 dem Schaltstift 61 des clarmen Schalters 1 betätigt.

Der ölarme Leistungsschalter 1 besteht aus dem Festkontakt 52, dem Gleitkontakt 63, dem Schaltstift 61, der Löschkammer 64, dem Hohlisolator 65, dem Mechanismusgehause 66, aus der Einsshaltfeder 67 und aus dem die Lichtbogenlöschkammer 64 abschliessenden Druck- Hubumwandie_r 68.. . .. . _

Der Druck-Hubumwandler 68 besteht aus dem Zylinder 69 und aus dem in diesem Zylinder 69 beweglichen mit der Stange 70 verbundenen Kolben 71. Die Stange 70 ist mit dem Hebel 72 gelenkig verbunden. Der Hebel 72 ist um den festen Drehpunkt 73 schwenkbar gelagert. Die beiden Hebel 58 und 72 sind durch den Isolator 74 miteinander gelenkig verbunden.

Bei einer Ausschaltbewegung wird das Gestänge 59 durch den Hebel 58 in Fig. 5 abwärts gezogen. Der mit dem Gestänge 59 über einen in Fig. 5 nicht dargestellten Hebel verbundene Hebel 60 fuhrt eine Schwenkbewegung aus und zieht über die Lasche 75 den im Me-

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chanismusgehäuse BB geführten Zwischsnkörper 76 mit den Klinken 77 herunter. Dis Klinken 77 nehmen dsn ebenfalls im Mechanismusgehäuse 66 geführten Schaltstift 61 mit. Die vorgespannte Einschaltfeder 67 wird bei dieser Bewegung gespannt.

Nach der Kontakttrennung im ölarmen Schalter 1 entstehen in der Lichtbogenlöschkammer 64 Schaltgase, die im Zylinder 69 den Kolben 71 aufwärts bewegen. Im Kolben 71 ist ein Ventil 78 angeordnet, welches bei hohen Drücken in der Löschkammer 64 schliesst. Dieses Ventil 70 bleibt jedoch bei relativ kleinen Druckdifferenzen, die bei der Schliessbewegung der Antriebswelle 28, bei Abwärtsbewegung des Kolbens 71 entstehen, offen. Die Schaltgase drücken den Kolben 71 im Zylinder 69 so weit hinauf bis der Kolben 71 die über den Oelabscheider 79 ins Freie mündende Druckentlastungsöffnung 80 frei gibt. Die Schaltgase können über diese Oeffnung 80 aus dem Zylinder 69 entweichen. Während der Ausschaltbewegung wird die Druckenergie der im ölarmen Schalter 1 entstehenden Schaltgase ausgenützt. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, dass der ölarme Schalter 1 nur für eine kurze Zeitspanne geöffnet werden muss. Aus diesem Grunde werden die Klinken 77 zwischen dem Schaltstift 61 und dem mit dem Antrieb verbundenen Zwischenkörper 76 durch im Mechanismusgehäuse 66 untergebrachten Nocken gelöst, worauf die Einschaltfeder 67 den Schaltstift 61 wieder in die Einschaltstellung bringt. Die Oeffnungsdauer des ölarmen Schalters liegt in der Grössenordnung von 10 - 30 ms.

Fig. 6 zeigt die Gesamtansicht des Hochspannungsleistungsschaltsrs. Im geerdeten Chassis 55 befindet sich der Schalterantrieb. Der Schalter ist auf die Stützisolatoren 53 montiert. Die Betätigung erfolgt über die Isolierdrehsäule 54. Die Druckgasschalter-Isola-' toren 20, 38 sind horizontal angeordnet. Die Kondensatoren 10, 11 liegen oberhalb der Druckgasschalter. Der Widerstand 12 (siehe Fig. 43 ist in dieser Figur 6 nicht ersichtlich, er befindet sich hinter dem ölarmen Schalter 1· Die Anordnung der Hebel 58, 72 der Durchführung 5 und des Isolators 74 sind gut erkennbar.

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Vorteil der beschriebenen Anordnung ist, dass die während ~s~. Ausschaltvorgang die in der Lichtbogenlöschkammer 64 das clarmen Schalters 1 stromabhängig entstehende Druckensrgis für die Betätigung der mit Selbstbeblasung ausgerüsteten Druckgasschalter 2, 3, verwendet werden kann. Durch diese tfassn-r.--.= ist die Verwendung eines relativ kleinen Antriebes möglich.

Dia Verbindung zwischen der Pumpvorrichtungen der Druckgassch=! ter und dem Druck-Hubumwandler des ölarmen Leistungsschalter= kann auch auf hydraulischem Wege erfolgen.

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Claims (4)

- ίο - Patentansprüche :

1. Hochspannungsleistungsschalter, mit mindestens zwei je Pol in Reihe geschalteten, aus mindestens einem ölarmen Schalter und aus mindestens einem Druckgasschalter mit Selbstbeblasung bestehenden Leistungsschaltstellen, wobei der ölarme Schalter eine schnellere natürliche dielektrische Verfestigung aufweist und auf einen vorgegebenen niedrigeren Spannungswert verfestigt als der Druckgasschalter, mit einan die Leistungsschaltstellen betätigenden Schalterantrieb und mit Mitteln zur Potentialsteuerung und Dämpfung mit Hilfe von Kondensatoren, Induktivitäten und Widerstanden, wobei bei Verwendung von Kondensatoren und rfiderständen die Kondensatoren den Druckgasschaltern und die Widerstände den ölarmen Schaltern und bei Verwendung von Induktivitäten und Widerständen, die Widerstände den Druckgasschaltern und die Induktivitäten den ölarmen Schaltern parallel geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbogenlöschkammer (64) des ölarmen Schalters (1) mit einem Druck-Hubumwandler (68) abgeschlossen ist und der die Hubbewegungen ausführende Teil des Druck-Hubumwandlers mit der Pumpvorrichtung des Druckgasschalters in Verbindung steht, um während des Ausschaltvorgangs die in der Lichtbogenlöschkammer (64) des ölarmen Schalters (1) stromabhängig entstehende Druckenergie für die Betätigung des Druokgasschalters ausnützen zu können.

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2. Hochspannungsleistungsschalter nach Abspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck-Hubumwandler aus einem an der Lichtbogenlöschkammer (64) des ölarmen Schalters (1) anschliessenden Zylinder (69) und aus einem in diesem Zylinder relativ bewegbaren Kolben (71) besteht.

3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (69) eine in der nach einer Druckbeaufschlagung der Lichtbogenlöschkammer (64) angnommenen Endstellung durch den Kolben (71) freigegebene Druckentlastungsöffnung (80) aufweist.

4. Hochspannungsleistungsschalter nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Vorder- und Rückseite des Kolbens (71) ein bei hohen Drücken in der Lichtbogenlöschkammer (64) sich schliessendes und während der Schliessbewegung des Schalterantriebes und der damit verbundenen Rückbewegung des Kolbens (71) in die Ausgangslage offen bleibendes Ventil (78) angeordnet ist.

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