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Lasttrennschalter, insbesondere für den Betrieb in einem MittelsPannungsbereich
Die Erfindung bazieht sich auf einen Lasttrennschalter mit einer Lichtbogenunterbrechung
in einer Vakuumkammer, insbesondere für den Betrieb in einem Mittelspannungsbereich.
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Lasttrennschalter der vorstehend genannten Art sind bereits bekannt.
Die dabei verwendeten Vakuumkammern sind durch Schaltröhren gebildet. Der Nennausschaltstrom
bei derartigen Lasttrennschaltern beträgt in der Regel das Zehn- bis Zwanzigfache
des zulässigen Dauerbetriebstromes bzw. Nennstromes. SQ können z.B. Vakuumkammernbzw.
Vakuumschaltkammern mit einem Nennstrom von 1200 A in Leistungsschaltern für eine
Ausschaltleistung von 700 MVA eingesetzt werden.
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Bei der Verwendung von Vakuumkammern bzw. Vakuumschaltkammern in Lasttrennschaltern
können die Eigenschaften dieser Vakuumkammern in der Regel nicht voll ausgenützt
werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Lasttrennschalter nur für die sichere
Unterbrechung des höchsten zulässigen Dauerbetriebsstromes oder eventuell für eine
kurzzeitig darüber liegende Belastung ausgelegt sein müssen.
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Werden die Vakuumkammern entsprechend ihrem Nennstrom ausgewählt,
so ergeben sich jedoch unnötig große Abmessungen und hohe Herstellkosten. Außerdem
wird die hohe Ausschaltleistung derartiger Vakuumkammern nicht ausgenützt. So sind
z.B. bei einem bekanntgewordenen dreipoligen Lasttrennschalter, dessen Hauptkontaktsystem
für 400 A oder 630 A ausgelegt ist, Vakuumkammern mit einem Nennausschaltstrom von
ca. 2000 A verwendet worden. Die Dauerstrombelastbarkeit dieser Vakuumkammern beträgt
aber nur ca. 200 A. Dies bedeutet, daß hier eine relativ schlechte Kompromißlösung
gefunden worden ist Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu
zeigen, wie auf relativ einfache Weise die Ausschaltleistung der Vakuumkammern voll
ausgenutzt und dennoch die Herstellkosten und der Raumbedarf gering gehalten werden
können.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Lasttrennschalter
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Vakuumkammer, deren
zulässiger Dauerbetriebsstrom nur einen Bruchteil des Lasttrennschalter-Nennstromes
beträgt und deren Nennausschaltstrom dem Lasttrenns chalter-Nennstrom und/oder La
sttrennschalter-Nennausschaltstrom entspricht, mit einem eine sichtbare Trennstelle
bildenden
Kontakt in Reihe geschaltet ist und daß der Reihenschaltung der Vakuumkammer und
des genannten Kontaktes ein für den vollen Lasttrennschalter-Nennstrom ausgelegter
Kontakt parallelgeschaltet ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines besonders
geringen konstruktiven und schaltungstechnischen Aufwands für den Lasttrennschalter,
wobei die Ausschaltleistung der Vakuumkammer voll ausgenutzt werden kann.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt zum Ausschalten
des Lasttrennschalters a) zunächst die Öffnung des für den vollen Lasttrennschalter-Nennstrom
ausgelegten Kontaktes, b) sodann erfolgt eine Lichtbogenunterbrechung in der Vakuumkammer,
und c) schließlich erfolgt die Herstellung der sichtbaren Trennung durch Öffnen
des mit der Vakuumkammer in Reihe geschalteten Kontaktes. Hierdurch ergibt sich
der Vorteil eines besonders sicheren' Ausschaltens des Lasttrennschalters.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt
zum Einschalten des Lasttrennschalters a) zunächst das Schließen des mit der Vakuumkammer
in Reihe geschalteten Kontaktes, b) sodann erfolgt das Schließen der Kontaktelemente
in der Vakullmkammer, und c) schließlich erfolgt das Schließen des für den vollen
Lasttrennschalter-Nennstrom ausgelegten Kontaktes. Hierdurch ergibt sich der Vorteil,
auf relativ einfache Weise den Lasttrennschalter in dem Fall einschalten zu können,
daß der Nenneinschaltstrom der Vakuumkammer dem für den Lasttrennschalter verlangten
Einschaltstrom entspricht.
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Wird von dem Lasttrennschalter ein Einschaltstrom gefordert, der über
dem der Vakuumkammer liegt, so ist es vorteilhaft, gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen
Ausgestaltung der Erfindung zum Einschalten a) zunächst das Schließen des mit der
Vakuumkammer in Reihe liegenden Kontaktes, b) sodann das Schließen des für den vollen
Lasttrennschalter-Nennstrom ausgelegten Kontaktes und schließlich c) das Schließen
der Kontaktelemente in der Vakuumkammer zu bewirken.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
ist der Vakuumkammer ein spannungsabhängiger Widerstand parallelgeschaltet. Hierdurch
ergibt sich der Vorteil, daß auf relativ einfache Weise Schaltüberspannungen vermieden
werden können, die beim Schalten von sehr kleinen induktiven Strömen im Vakuum zu
befürchten sind.
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Gemäß einer nochvweiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
sind an den Kontaktelementen des für den vollen Lasttrennschalter-Nennstrom ausgelegten
Kontaktes Kontaktelemente eines Vorzühdkontaktes zur Aufnahme eines Einschalt-Vorzündlichtbogen
angeschlossen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auf relativ einfache Weise
eine Beschädigung der Hauptstrombahnen durch den beim Einschalten auftretenden Vorzündlichtbogen
vermieden werden kann.
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An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung von Kontakten eines Lasttrennschalters
gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt schematisch eine Modifikation der in Fig. 1 dargestellten
Kontaktanordnung.
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Fig. 3 zeigt schematisch eine noch weitere Modifikation der in Fig.
1 dargestellten Kontaktanordnung.
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Fig. 4 zeigt in einer Seitenansicht eine praktische Ausführungsform
eines Lasttrennschalters gemäß der Erfindung.
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Fig. 5 zeigt eine Draufsicht des in Fig. 4 dargestellten Lasttrennschalters.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Kontaktanordnung besteht aus
einer Vakuumkammer bzw. Vakuumschaltkammer 1 mit einem in Reihe zu ihr liegenden
Kontakt 3, der dazu dient, eine sichtbare Trennstelle zu bilden. Parallel zu der
Reihenschaltung der Vakuumkammer 1 und des genannten Kontaktes 3 liegt ein Kontakt
2, der für den vollen Lasttrennschalter-Nennstrom ausgelegt ist. Die Vakuumkammer
1 ist dabei so bemessen, daß ihr zulässiger Dauerbetriebsstrom nur einen Bruchteil
des Lasttrennschalter-Nennstromes beträgt. Im übrigen ist die Vakuumkammer 1 so
bemessen, daß ihr Nennausschaltstrom dem Lasttrennschalter-Nennstrom und/oder dem
Lasttrennschalter-Nennausschaltstrom entspricht.
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Die in Fig. 2 dargestellte Kontaktanordnung unterscheidet sich von
der in Fig. 1 dargestellten Kontaktanordnung lediglich dadurch, daß dem die Vakuumkammer
1 bildenden Kontakt ein spannungsabhängiger Widerstand 4 parallelgeschaltet ist.
Wie oben bereits erwähnt, dient dieser Widerstand 4 dazu, das Auftreten von Schaltüberspannungen
zu verhindern, die beim Schalten von sehr kleinen induktiven Strömen im Vakuum zu
befürchten sind.
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Die in Fig. 3 dargestellte Kontaktanordnung unterscheidet sich von
der in Fig. 2 dargestellten Kontaktanordnung lediglich dadurch, daß dem für den
vollen Lasttrennschalter-Nennstrom ausgelegten Kontakt 2 ein Vorzündkontakt 5 parallelgeschaltet
ist. Durch diesen Vorzündkontakt 5 wird eine Beschädigung der Hauptstrombahnen durch
den beim Einschalten auftretenden Vorzündlichtbogen vermieden. Der betreffende Vorzündkontakt
5 kann dabei durch sogenannte Vorzündhörner gebildet sein bzw. solche aufweisen,
die sich vor den Hauptkontakten annähern und den Vorzündlichtbogen aufnehmen. Die
Anordnung kann dabei im übrigen so getroffen sein, daß der Vorzündkontakt 5 nach
Verschleiß einfach ausgewechselt werden kann.
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Nachdem zuvor die in Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellten Kontaktanordnungen
erläutert worden sind, sei nunmehr betrachtet, in welcher Reihenfolge die einzelnen
Kontakte beim Einschalten und beim Ausschalten des Lasttrennschalters betätigt werden.
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Entspricht der Nenneinschaltstrom der Vakuumkammer 1 dem für den Lasttrennscbalter
verlangten Einschaltstrom, so kann in der Weise vorgegangen werden, daß zunächst
der Kontakt 3, sodann die Vakuumkammer 1 und schließlich der als Hauptkontakt anzusehende
Kontakt 2 geschlossen werden.
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Wird von dem Lasttrennschalter ein Einschaltstrom gefordert, der über
dem der Vakuumkammer 1 liegt, so kann in der Weise vorgegangen werden, daß nach
Schließen des Kontaktes 3 und daraufhin folgendem Schließen des Kontaktes 2 letztlich
die Vakuumkammer 1 bzw. deren Kontakte geschlossen werden. Bei
dieser
Reihenfolge des Schließens der Kontakte ist es zweckmäßig, den im Zusammenhang mit
Fig. 3 bereits erwähnten Vorzündkontakt 5 vorzusehen, um nämlich eine Besädigung
der Hauptstrombahnen durch den beim Einschalten auftretenden Vorzündlichtbogen zu
vermeiden.
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Um den Lasttrennschalter auszuschalten, werden die erläuterten Kontakte
in folgender Reihenfolge geöffnet. Zunächst wird der für den vollen Lasttrennschalter-Nennstrom
ausgelegte Kontakt 2 geöffnet. Sobald die Kontaktelemente dieses Kontakts 2 einen
rUckzundungssicheren Abstand voneinander haben, werden die Kontaktelemente der Vakuumkammer
1 schnell geöffnet. Nach der Lichtbogenlöschung in der Vakuumkammer 1 wird dann
schließlich durch Öffnen des Kontakts 3 die erforderliche sichtbare Trennstrecke
hergestellt. Zur Verhinderung von Schaltüberspannungen, die beim Schalten von sehr
kleinen induktiven Strömen im Vakuum zu befürchten sind, ist der Vakuumkammer 1
der oben bereits erwähnte spannungsabhängige Widerstand 4 parallelgeschaltet.
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Der Kontakt 3, der zur Herstellung der sichtbaren Trennstrecke dient,
muß ln jedem Fall den über den Widerstand 4 fließenden Reststrom unterbrechen. Da
dieser Strom jedoch sehr niedrig ist, kann dies völlig gefahrlos geschehen.
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Die Vakuumkammer 1 wird in jedem Fall nur kurzzeitig vom vollen Betriebsstrom
(das ist hier der Ausschaltstrom) durchflossen, so daß ihr zulässiger Dauerbetriebsstrom
weit unter dem Nennstrom des Lasttrennschalters liegen kann und nur ihre Ausschaltleistung
für die Aufnahme des Nennstroms des Lasttrennschalters ausgelegt zu sein braucht.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten praktischen Ausführungsform des Lasttrennschalters
ist die Vakuumkammer 1 mit einem für ihre schnelle Betätigung erforderlichen Mechanismus
in einem Isolierstoffgehäuse 22 untergebracht. Die Kontakte bzw. Kontaktelemente
der Vakuumkammer 1 befinden sich auf der einen Seite mit einem Kontaktelement 33
eines den oben erwähnten Kontakt 2 bildenden Hauptkontaktes und mit einem elektrischen
Anschlußglied 15 in elektrischer Verbindung.Aufder anderen Seite sind Kontakte bzw.
Kontaktelemente des Vakuumschalters 1 elektrisch mit einer Betätigungsgabel 44 verbunden,
die, wie noch ersichtlich werden wird, ein Kontaktelement des zur Herstellung einer
sichtbaren Trennstelle dienenden Kontaktes ist. Dieser Kontakt, der im Zusammenhang
mit Fig. 1 bis 3 als Kontakt 3 bezeichnet worden ist, umfaßt hier noch das Kontaktelement
55.
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Das Kontaktelement 55 ist mit einem Kontaktelement 6 im Bereich eines
elektrischen Anschlußgliedes 14 elektrisch verbunden, wie dies aus Fig. 5 hervorgeht.
Das Kontaktelement 6 bildet'zusammen mit dem Kontaktelement 33 den in Fig. 1 bis
3 dargestellten Kontakt bzw. Hauptkontakt 2.
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Der Vakuumkammer 1 ist ein spannungsabhängiger Widerstand 4 parallelgeschaltet.
Dieser Widerstand 4 ist mit seinem einen Ende 10 mit dem elektrischen Anschlußglied
15 verbunden, mit dem die Vakuumkammer 1 mit ihrem einen Ende verbunden ist.
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Mit seinem anderen Ende ist der Widerstand 4 über eine flexible Verbindungsleitung
11 an dem anderen Ende der Vakuumkammer 1 angeschlossen.
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Die die Vakuumkammer 1, das den für die Betätigung der betreffenden
Vakuumkammer 1 dienenden Mechanismus tragende
Isolierstoffgehäuse
2, die Betätigungsgabel 4 und den spannungsabhängigen Widerstand 4 umfassende Anordnung
ist auf einem feststehenden Stützisolator 8 angeordnet.
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Die Kontaktelemente 6 und 55 sind mit dem elektrischen Anschlußglied
14 an einem schwenkbaren Stützisolator 7 befestigt. Dieser Stützisolator 7 ist an
seinem anderen Ende an einem Hebel 16 angebracht, durch dessen Schwenkung der Stützisolator
zusammen mit den von ihm getragenen Kontaktelementen 55 und 6 in die aus Fig. 4
ersichtlichen Lagen geschwenkt werden kann, das ist einmal die durch voll aus gezogenen
Linien dargestellte lirke Stellung und die durch Strichpunktlinien angedeutete rechte
Stellung.
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Neben den vorstehend erläuterten Elementen weist der in Fig. 4 und
5 dargestellte Lasttrennschalter noch zwei Kontaktelemente 12 und 13 auf, die den
im Zusammenhang mit Fig. 3 erläuterten Vorzündkontakt 5 bilden. Das Kontaktelement
12 ist, wie dies aus Fig. 5 ersichtlich ist, mit dem Kontaktelement 6 und damit
mit dem elektrischen Anschlußglied 14 elektrisch verbunden. Das andere Kontaktelement
13 ist mit qem elektrischen Anschlußglied 15 verbunden. Damit liegt also der durch
die Kontaktelemente 12 und 13 gebildete Vorzündkontakt dem durch die Kontaktelemente
6 und 33 gebildeten Hauptkontakt parallel.
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Nachdem zuvor der Aufbau des in Fig. 4 und 5 dargestellten Lasttrennschalters
erläutert worden ist, soll nunmehr die Arbeitsweise dieses Lasttrennschalters erläutert
werden.
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Dabei sei zunächst davon ausgegangen, daß sich der Lasttrennschalter
in seiner geschlossenen Stellung befindet, wie sie in Fig. 4 durch voll ausgezogene
Linien veranschaulicht ist.
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Im geschlossenen Zustand des Lasttrennschalters fließt der Hauptstrom
vom elektrischen Anschlußglied 14 auf dem schwenkbaren Stützisolator 7, über das
Kontaktelement 6 und über das Kontaktelement 33, welches zusammen mit dem Kontaktelement
6 den oben erwähnten Kontakt 2 bildet, zu dem elektrischen Anschlußglied 15 auf
dem feststehenden Stützisolator 8 hin. Ein geringer Nebenstrom fließt dabei über
das Kontaktelement 55 des zur Herstellung der sichtbaren Trennstrecke dienenden
Kontakts, über die Betätigungsgabel 44 und über die Vakuumkammer bzw. Vakuumschaltkammer
1 zu dem elektrischen Anschlußglied 15 hin.
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Zum Ausschalten des Lasttrennschalters wird über den Hebel 16 der
schwenkbare Stützisolator 7 im Uhrzeigersinn geschwenkt.
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Dabei entfernt sich zunächst das Kontaktelement 6 von dem Kontaktelement
33. Dies bedeutet, daß der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Kontakt 2 geöffnet wird.
Der Strom fließt nunmehr ausschließlich über den vorbeschriebenen Nebenweg: Elektrisches
Anrschlußglied 14, Kontaktelement 55,Betätigungsgabel 44,Vakuumkammer 1, elektrisches
Anschlußglied 15.
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Bei der zuvor erwähnten Schwenkbewegung und im Zuge der weiteren Schwenkbewegung
des Stützisolators 7 wird die Betätigungsgabel 4 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht;
sie öffnet über einen Schnellschaltmechanismus die Kontakte der Vakuumkammer 1.
Beim weiteren Verschwenken des Stützisolators 7 gelangt das Kontaktelement55 außer
Eingriff mit der Betätigungsgabel 44,wodurch die erforderliche sichtbare Trennstelle
hergestellt ist. Bei Verwendung des spannungsabhängigen Widerstandes 4 parallel
zu der Vakuumkammer 1 wird zugleich damit das Fließen des Reststromes über den
betreffenden
Widerstand 4 unterbrochen.
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Ist der Lasttrennschalter wieder einzuschalten, so wird der Stützisolator
7 entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt.
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Dabei kommt zuerst das Kontaktelement 55 mit der Betätigungsgabel
44 in Eingriff. Dies bedeutet, daß der oben erwähnte Kontakt 3 geschlossen ist.
Ein Stromfluß kommt jedoch noch nicht zustande, da die Kontaktelemente in der Vakuumkammer
1 noch geöffnet sind.
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Im Zuge des weiteren Schwenkens des Stützisolators 7 entgegen dem
Uhrzeigersinn nähern sich die Kontaktelemente 12 und 13 des Vorzündkontakts einander.
Diese Kontaktelemente 12, 13 sind so ausgebildet und eingestellt, daß sie sich aneinander
vorbeibewegen können. Der Abstand zwischen den beiden Kontaktelementen 12 und 13
ist an die Betriebsspannung des Lasttrennschalters angepaßt. Bei Annäherung der
Kontaktelemente 12 und 13 des Vorzündkontakts kommt es zu einem LichtbogenUberscXhlag
zwischen diesen Kontaktelementen. Die Folge hiervon ist, daß die anschließende Kontaktgabe
zwischen dem Kontaktelement 33 und dem Kontaktelement 6 nahezu stromlos erfolgt.
Vor Beendigung der Einschaltbewegung werden schließlich noch die Kontaktelemente
der Vakuumkammer 1 stromlos geschlossen.
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Entspricht der Nenneinschaltstrom der Vakuumkammer 1 dem vom Lasttrennschalter
verlangten Nenneinschaltstrom, so kann die Mechanik so ausgebildet sein, daß vor
der Kontaktgabe zwischen dem Kontaktelement 33 und dem Kontaktelement 6 -diese beiden
Kontaktelemente bilden den oben erwähnten Kontakt 2 - die Kontaktelemente der Vakuumkammer
1 ge-schlossen werden. Hierdurch erfolgt das Einschalten des Lasttrennschalters
ohne
irgendeine äußere Lichtbogenerscheinung.
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Abschließend sei noch bemerkt, daß in den Fig. 1 bis 5 lediglich ein
einpoliger Lasttrennschalter dargestellt ist; es ist selbstverständlich möglich,
in entsprechender Weise z.B. auch einen dreipoligen Lasttrennschalter für ein Drehstromnetz
aufzubauen.