DE3311022C2 - - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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-
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Description
Die Erfindung betrifft einen Trennschalter, mit einem festen
Hauptkontakt und einem beweglichen Hauptkontakt, mit einem
dem festen Hauptkontakt zugeordneten ersten Bogenkontakt und
einem fest mit dem beweglichen Hauptkontakt verbundenen zweiten
Bogenkontakt, mit einer über einen Widerstand mit dem
festen Hauptkontakt verbundenen Widerstandselektrode und mit
einem elektrisch leitenden Schirm, der eine kreisförmige Öffnung
aufweist, hinter welcher der feste Hauptkontakt und der
eine Bogenkontakt angeordnet sind.
Bei Unterstationen findet sich der Trennschalter normalerweise
in der Nähe eines zugeordneten Leistungsschalters und wird
üblicherweise verwendet, um (1) eine vom Leistungsschalter
getrennte Leitung zu öffnen und zu schließen, und (2) Übertragungssysteme
zu schalten. Im ersten Falle (1) dient der
Trennschalter zum Öffnen und Schließen einer unbelasteten
elektrischen Leitung, und es ist bekannt, daß sich das
Nachzünden eines elektrischen Lichtbogens zwischen einem
Paar von gegenüberliegenden Kontaktstücken des Trennschalters
wiederholt, so daß sogenannte Spannungsstoßspitzen
erzeugt werden. Dies deswegen, weil der Trennschalter im
Vergleich zum Leistungsschalter eine relativ geringe
Schaltgeschwindigkeit hat. Es ist auch bekannt, daß man
den Trennschalter mit einem zusätzlichen Widerstand ausrüstet,
um derartige Spannungsstöße beim Öffnen und
Schließen zu unterdrücken.
Andererseits geht es im zweiten Falle (2) darum, mit dem
Trennschalter in der zugeordneten Unterstation Sammelschienen
miteinander zu verbinden. Wenn beispielsweise
ein Paar von Sammelschienen mit einer gemeinsamen Leitung
über entsprechende Trennschalter verbunden ist, so führt
der Vorgang des Schalters von einer Sammelschiene zur anderen
zur Unterbrechung des sogenannten Schleifenstromes,
der annähernd einem durch eine Schaltung einschließlich
des Paares von Trennschaltern fließenden Nennstrom entspricht,
indem man die gute Unterbrechungseigenschaft
verwendet, die Schwefelhexafluorid (SF₆) besitzt. Dies ist
hinreichend bekannt.
Weiterhin sind sowohl die Fähigkeit, eine unbelastete
Leitung zu öffnen und zu schließen, als auch die Fähigkeit,
den Schleifenstrom in der oben beschriebenen Weise
zu öffnen und zu schließen, in vielen Fällen für einen
gemeinsamen Trennschalter erforderlich, der in einer Unterstation
anzuordnen ist.
Ein Trennschalter der eingangs genannten Art ist aus der
CH-PS 4 00 294 bekannt, hat jedoch im Betrieb einige Nachteile,
die beispielsweise darin bestehen, daß im Augenblick
des Trennens der Hauptkontakte zunächst ein Lichtbogen
zwischen diesen beiden Hauptkontakten entstehen wird.
Erst danach wird sich ein Lichtbogen zwischen dem einen
Bogenkontakt und dem beweglichen Hauptkontakt ausbilden,
der erst durch die Zuführung des Löschgases im weiteren
Verlauf des Öffnens entsteht und dann wieder gelöscht wird.
Außerdem ist bei dem dort beschriebenen Trennschalter eine
zusätzliche Widerstandselektrode in Form eines quer zu den
Hauptkontakten beweglichen Stiftes vorgesehen, wobei die
Widerstandselektrode über ihren Widerstand beim Ausschalten zur Bildung eines
Hilfslichtbogens dient. Diese Widerstandselektrode
erfordert jedoch eine zusätzliche komplizierte Druckkolbenanordnung
für ihre Betätigung.
Ein weiterer herkömmlicher Trennschalter mit einem Widerstand
zur Unterdrückung von Spannungsstößen beim Öffnen
und Schließen ist beispielsweise in der JP-OS 95 276/1978
beschrieben. Dabei weist der Trennschalter ein mit Schwefelhexafluorid-
(SF₆) Gas gefülltes Gehäuse, ein ausgedehntes,
elektrisch leitendes Tragteil, das durch ein Ende des
Gehäuses abgedichtet ist, sowie einen stationären Hauptkontakt
und einen stationären Bogenkontakt auf, die koaxial
am Tragteil angeordnet sind. Außerdem ist ein hohler zylindrischer
Widerstand am Tragteil angeordnet, der den stationären
Hauptkontakt umgibt und ein freies Endteil besitzt,
welches an einem Metallschirm in Form eines Halbtoroids
endet, der sich oberhalb des stationären Hauptkontaktes
befindet und den stationären Bogenkontakt umgibt. Ein
bewegliches Kontaktstück in Form eines Hohlzylinders ist
so angeordnet, daß es den stationären Haupt- und Bogenkontakten
gegenüberliegt und mit diesen in trennbaren Eingriff
kommt, wobei eines seiner Enden trennbar und sandwichartig
zwischen ihnen angeordnet ist.
Beim Trennen des beweglichen Kontaktteiles von den stationären
Haupt- und Bogenkontakten wird eine Vielzahl von
wiedergezündeten elektrischen Bogen intermittierend zwischen
dem Schirm und dem Ende des beweglichen Kontaktes
hervorgerufen, die zum Auftreten von hohen Spannungsstoßspitzen
führen, welche mit dem hohlen zylindrischen Widerstand
reduziert werden. Dies gilt für den Fall des
Eingriffs vom beweglichen Kontakt mit den stationären
Haupt- und Bogenkontakten. Außerdem führt der wiedergezündete
Lichtbogen zu Beschädigungen des Schirmes.
Ferner wird ein in der Nähe des zylindrischen Widerstandes
ausgebildetes elektrisches Feld abrupt geändert, und zwar
unmittelbar nach dem Auftreten eines wiedergezündeten elektrischen
Lichtbogens im Vergleich zu dem ausgebildeten
Feld vor dem Auftreten des wiedergezündeten Lichtbogens.
Dies führt zu einer raschen Zunahme der Feldstärke des
elektrischen Feldes, die vom Schirm oder Tragteil zum
Gehäuse gerichtet ist. Dabei kann sich der rasche Anstieg
der Feldstärke des elektrischen Feldes mit hoher Wahrscheinlichkeit
zu einem Erdschluß weiterentwickeln.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Trennschalter der eingangs
genannten Art anzugeben, der mit einfachen Mitteln
eine gute Funktionstüchtigkeit besitzt und bei dem
Beschädigungen durch den Lichtbogen, insbesondere beim
Wiederzünden weitgehend vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, einen Trennschalter
der in Rede stehenden Art so auszubilden, daß in
geschlossenem Zustand des Schalters das Paar von Bogenkontakten
miteinander in Berührung steht, daß der dem
festen Hauptkontakt zugeordnete Bogenkontakt in Richtung
auf den beweglichen Hauptkontakt längs einer vorgegebenen
Strecke bewegbar und in dieser Richtung durch eine Federanordnung
vorgespannt ist, wobei die vorgegebene Strecke
so bemessen ist, daß beim Öffnen des Schalters zuerst die
Hauptkontakte und dann die Bogenkontakte öffnen, daß der
elektrisch leitende Schirm als geschlossene Kapsel ausgebildet
ist, die den festen Hauptkontakt vollständig umgibt,
und daß die Widerstandselektrode ringförmig ausgebildet
und im wesentlichen konzentrisch zur ringförmigen
Öffnung sowie im Abstand zwischen dem Schirm und dem
beweglichen Bogenkontakt angeordnet ist und eine aus der
Öffnung hervorstehende Oberfläche aufweist, so daß die
Bogenkontakte im Moment des Trennens voneinander parallel
zu einer Reihenschaltung aus Widerstand und einem Spalt
zwischen der Widerstandselektrode und dem mit dem beweglichen
Hauptkontakt verbundenen Bogenkontakt geschaltet sind.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Trennschalters ist
vorgesehen, daß die Widerstandselektrode in Form eines
Toroids ausgebildet und über Tragstangen elektrisch mit
dem Widerstand verbunden ist.
Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn der dem
festen Hauptkontakt zugeordnete Bogenkontakt kugelförmig
ausgebildet und koaxial gegen den ringförmigen Bogenkontakt
des beweglichen Hauptkontaktes andrückbar ist.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Trennschalters ist
vorgesehen, daß der dem festen Hauptkontakt zugeordnete
Bogenkontakt eine verschiebbar gelagerte Tragstange aufweist,
die mit einer Druckfeder in Richtung des gegenüberliegenden
Bogenkontakts vorgespannt ist.
Bei dieser Ausführungsform erweist es sich als zweckmäßig,
wenn dem festen Hauptkontakt ein Federgehäuse zugeordnet
ist, das die Druckfeder aufnimmt und in dem die Tragstange
über eine vorgegebene Strecke bewegbar ist.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Trennschalters ist
vorgesehen, daß der bewegliche Hauptkontakt von einem
fest angeordneten Schirm umgeben ist, der ein Paar von
gegenüberliegenden Öffnungen konzentrisch zum Gehäuse des
Trennschalters aufweist und der elektrisch mit dem beweglichen
Hauptkontakt verbunden ist.
Aus den vorstehenden Darlegungen ergibt sich, daß gemäß
der Erfindung ein Trennschalter angegeben wird, der eine
unabhängig innerhalb des Schirmes angeordnete Widerstandselektrode
und einen im Inneren des Schirmes angeordneten
Widerstand aufweist. Beim erfindungsgemäßen Trennschalter
wird verhindert, daß die elektrische Isoliereigenschaft
gegenüber Erde bei einer Unterbrechung verschlechtert wird.
Wenn außerdem die Widerstandselektrode aus einem lichtbogenwiderstandsfähigen
oder -festen Material besteht, zum
Beispiel aus einer Kupfer-Wolfram-Legierung oder Kohlenstoff,
so werden Beschädigungen bei ihr unterdrückt und
die beweglichen Kontaktstücke haben eine bessere Spannungsfestigkeit.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt
in:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform des Trennschalters
in seiner Schließstellung, wobei einige
Teile in Seitenansicht dargestellt sind;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der stationären
Kontaktseite des Trennschalters gemäß Fig. 1, teilweise
mit Wegbrechungen;
Fig. 3 einen Teillängsschnitt eines Teiles des Trennschalters
gemäß Fig. 1, wobei Teile in Seitenansicht
dargestellt sind;
Fig. 4 bis 6 der Fig. 3 ähnliche Darstellungen zur Erläuterung
der aufeinanderfolgenden Stellungen des
beweglichen Kontaktes relativ zum festen Kontakt,
nachdem bei dem Trennschalter gemäß Fig. 1 der
Öffnungsvorgang eingeleitet worden ist, bis die
vollständig offene Stellung erreicht ist;
Fig. 7 ein Ersatzschaltbild des Trennschalters gemäß
Fig. 1 bei Unterbrechung eines Schleifenstromes;
Fig. 8 eine den Fig. 5 oder 6 ähnliche Darstellung
zur Erläuterung der Stellung des beweglichen
Kontaktes relativ zu den festen Kontaktstücken
kurz vor der vollständig geöffneten Stellung;
und in
Fig. 9 ein Ersatzschaltbild des Trennschalters gemäß
Fig. 1 beim Öffnen einer unbelasteten elektrischen
Leitung.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform des Trennschalters
gemäß der Erfindung dargestellt. Der gezeigte Trennschalter
weist ein Gehäuse 100 in Form eines hohlen metallischen
Zylinders, der an einem Ende, in diesem Falle am
linken Ende bei der Darstellung gemäß Fig. 1 offen ausgebildet
und mit einem elektrisch isolierenden Deckel 102
verschlossen ist, ein elektrisch leitendes Teil 104 als
Tragteil, das zentral verläuft und sich abgedichtet durch
den elektrisch isolierenden Deckel 102 hindurch erstreckt,
sowie einen elektrisch leitenden Schirm 106 in Form eines
Hohlzylinders auf, der innerhalb des Gehäuses 100 angeordnet
und koaxial zu dessen Längsachse ausgebildet ist. Der
Schirm 106 besteht aus einem Teil, in diesem Falle einem
linken Teil, das am linken Ende bei der Darstellung gemäß
Fig. 1 mit dem elektrisch leitenden Teil 104 verbunden ist,
und einem anderen Teil, das am linken Ende bei der Darstellung
gemäß Fig. 1 mit einem radial nach innen gerichteten
Flansch am rechten Ende des linken Teiles befestigt ist
und das am anderen oder rechten Endteil in einen Halbring
oder ein toroidförmiges Teil mit einer gebogenen oder
gekrümmten Oberfläche übergeht, die im Abstand vom Hauptkörper
des Schirmes 106 vorsteht und eine kreisförmige
Öffnung 106 a bildet.
Ein elektrisch leitendes Teil 108 in Form eines Streifens
ist mit dem Flansch des Schirmes 106 elektrisch verbunden,
wobei seine beiden Enden mit dem Flansch verbunden sind
(vgl. Fig. 2). Das elektrisch leitende Teil 108 verläuft
senkrecht zur Längsachse des Gehäuses 100 und ist im mittleren
Bereich mit einem elektrisch leitenden Federgehäuse
110 in Form eines Hohlzylinders verbunden, der sich in
der Längsachse des Gehäuses 100 erstreckt und das Ende
im Abstand vom elektrisch leitenden Teil 108, in diesem
Falle das linke Ende gemäß Fig. 1, umfaßt, das einspringend
oder hinterschnitten ausgebildet ist.
Das Federgehäuse 110 ist an seinem linken Ende mit einem
elektrisch leitenden Streifen 112 verbunden, der parallel
zu dem elektrisch leitenden Teil 108 verläuft, jedoch in
der Draufsicht senkrecht zu diesem ausgerichtet ist. Außerdem
ist ein Paar von Widerständen 114 an den beiden Enden
des elektrisch leitenden Streifens 112 angeordnet, die
parallel zur Längsachse des Gehäuses 100 verlaufen (vgl.
Fig. 1 und 2). Jeder dieser Widerstände 114 besteht aus
einem Stapel von übereinander angeordneten Widerstandselementen
114 a in Form von Scheiben, die eine elektrisch
isolierende Stange 114 b besitzen, welche sich durch sie
hindurch erstreckt und die Widerstandselemente 114 a miteinander
zu einer einstückigen Anordnung mit einer metallischen
Scheibe am Ende verbindet. Das Paar von Widerständen
114 ist über ein Paar von metallischen Tragstangen
114 c mit einer toroidförmigen oder ringförmigen
Widerstandselektrode 116 verbunden, die innerhalb der
Öffnung des Schirmes 106 angeordnet ist, so daß sie sich
im wesentlichen auf gleicher Höhe wie das einspringende
oder gefaltete Umfangsende des Schirmes 106 befindet.
Das elektrisch leitende Teil 108 ist an seiner vom Federgehäuse
110 abgelegenen Oberfläche mit einem hochgezogenen
Bereich in Form eines festen Zylinders und einer Vielzahl
von elektrisch leitenden Kontaktfingern versehen,
die radial in gleichen Winkelabständen um den hochgezogenen
Bereich des elektrisch leitenden Teiles 108 angeordnet
und mit ihren Enden an diesem befestigt sind. Somit
bildet die Vielzahl von Kontaktfingern einen stationären
Hauptkontakt 118, der mit dem elektrisch leitenden Teil
108 verbunden ist.
Außerdem erstreckt sich eine elektrisch leitende Tragstange
120 beweglich durch die mittleren Bereiche des elektrisch
leitenden Teiles 108 und des Federgehäuses 110, so
daß sie in der Längsachse des Gehäuses 100 liegt, und ist
an ihrem rechten Ende bei der Darstellung gemäß Fig. 1
mit einem stationären Bogenkontakt 122 in Form eines
Kugelsegmentes versehen, das aus lichtbogenwiderstandsfähigem
oder -festem Material besteht. Der stationäre
Bogenkontakt 122 mit dem Schirm 106 über die Tragstange
120, das Federgehäuse 110 und das elektrisch leitende
Teil 108 elektrisch verbunden.
Außerdem ist eine Schraubenfeder oder Wendelfeder 124
innerhalb des Federgehäuses 110 zwischen seinem linken
Ende und einer mit der Tragstange 120 verbundenen Federhalterung
angeordnet, um zu versuchen, den stationären
Bogenkontakt 122 normalerweise in Richtung der Öffnung
106 a des Schirmes 106 zu drücken. In der in Fig. 5 dargestellten
offenen Stellung liegt die Federhalterung
gegen das elektrisch leitende Teil 108 an, um den stationären
Bogenkontakt 122 etwas oberhalb des freien Endes
des stationären Hauptkontaktes 118 und im wesentlichen
in der Ebene anzuordnen, die von der kreisförmigen Öffnung
106 a des Schirmes 106 gebildet wird.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein elektrisch leitender
Schirm 120 a in der rechten Hälfte des Gehäuses 100 bei
der Darstellung gemäß Fig. 1 angeordnet, der mit seinem
unteren Ende mit einem elektrisch leitenden Teil 122 a
verbunden ist, das sich zentral und abgedichtet durch
einen elektrisch isolierenden Deckel 124 a hindurcherstreckt,
der die seitliche Öffnung des Gehäuses hermetisch
abschließt. Der Schirm 120 a besteht aus einem Paar
von Schirmteilen, die über ein Paar von radial nach innen
gerichteten Flanschen verbunden sind, die an ihren benachbarten
Enden angeordnet sind, senkrecht zur Längsachse
des Gehäuses 100 verlaufen und aneinander befestigt
sind.
Der Schirm 120 a ist mit einem Paar von gegenüberliegenden
Öffnungen konzentrisch zur Längsachse des Gehäuses 100
versehen. Außerdem ist ein Zylinder 126 aus elektrisch
leitendem Material mit den miteinander verbundenen Flanschen
des Schirmes 120 a über einen radial nach außen
verlaufenden Flansch verbunden und besitzt einen Kolben
128, der verschiebbar im Zylinder 126 angeordnet ist, so
daß er koaxial zur Längsachse des Gehäuses 100 verläuft.
Der Kolben 128 besteht aus elektrisch leitendem Material
und ist mit einem beweglichen Hauptkontakt 130 verbunden,
der sich längs der Längsachse des Gehäuses 100 zum stationären
Hauptkontakt 118 erstreckt und einen beweglichen
Bogenkontakt 132 in Form eines Ringes besitzt, der an seinem
Ende angeordnet ist. Der bewegliche Hauptkontakt 130
besitzt eine Strömungsführung 130 a, die mit dem Innenraum
des Zylinders 126 in Verbindung steht.
Der Kolben 128 ist mit einer Betätigungsstange 134 aus
elektrisch isolierendem Material verbunden, die sich in
der Längsachse des Gehäuses 100 erstreckt, so daß sie
entfernt von diesem angeordnet ist, und ist dann an eine
nicht dargestellte Antriebsquelle angeschlossen, und zwar
über ein Gestänge 136, das in einem Antriebsabteil am
anderen Ende des Gehäuses 100 angeordnet ist, so daß es
mit dem Innenraum in Verbindung steht. Auch das Gehäuse
100 ist mit einem Lichtbogen-Löschgas, z. B. gasförmigem
Schwefelhexafluorid (SF₆) gefüllt.
Wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt, ist der bewegliche
Hauptkontakt 130 so angeordnet, daß er mit dem stationären
Hauptkontakt 118 unter Bildung eines Paares von Hauptkontakten
138 in Eingriff steht (vgl. Fig. 3), während der
bewegliche Bogenkontakt 132 so angeordnet ist, daß er mit
dem stationären Bogenkontakt 122 unter Bildung eines
Paares von Bogenkontakten 140 in Eingriff kommt (vgl.
Fig. 3). Das Paar von Bogenkontakten 140 ist so angeordnet,
daß es in seine offene Stellung gebracht wird, nachdem
das Paar von Hauptkontakten 138 voneinander getrennt
worden ist.
Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 wird nachstehend
näher erläutert. In Fig. 1 ist der bewegliche
Bogenkontakt 132 dargestellt, wie er am ringförmigen Ende
mit dem festen Bogenkontakt 122 und an seinem Bereich am
Umfang, an den beweglichen Hauptkontakt 130 angrenzend,
mit der Innenseite des festen Hauptkontaktes 118 in Eingriff
steht, wobei die Schraubenfeder 124 in ihren komprimierten
Zustand gebracht ist. Wenn ein Schleifenstrom
in der oben beschriebenen Weise mit dem Trennschalter
gemäß Fig. 1 unterbrochen wird, wird die elektrisch isolierende
Stange 134 bei der Darstellung gemäß Fig. 1
durch die Betätigung des Gestänges 136 nach rechts bewegt,
um den beweglichen Hauptkontakt 130 mit dem festen Hauptkontakt
118 außer Eingriff zu bringen. Dies führt zu einer
nach rechts gerichteten Bewegung des festen Hauptkontaktes
118 durch die Wirkung der Schraubenfeder 124. Somit nehmen
die beweglichen und festen Hauptkontakte 118 bzw. 130
ihre Positionen gemäß Fig. 4 ein. Zu diesem Zeitpunkt wird
der Druck innerhalb des Zylinders 126 verringert, um eine
Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse 100 und dem Zylinder
126 hervorzurufen.
Während der nach rechts gerichteten Bewegung des beweglichen
Hauptkontaktes 130 wird die Trennung des beweglichen
Bogenkontaktes 132 vom festen Bogenkontakt 122 ausgelöst,
so daß der Schleifenstrom einen elektrischen Lichtbogen
142 zwischen den Kontakten 122 und 132 schlägt, wie es in
Fig. 5 dargestellt ist. Dieser elektrische Lichtbogen 142
kann durch die Verwendung eines Gasstromes aufgrund der
Druckdifferenz zwischen dem Gehäuse 100 und dem Zylinder
126 gelöscht werden.
Der bewegliche Hauptkontakt 130 setzt seine nach rechts
gerichtete Bewegung fort. Da eine Wiederkehrspannung, die
beim Unterbrechen des Schleifenstromes erzeugt wird, normalerweise
in der Größenordnung von einigen hundert Volt
liegt, erfolgt kein Wiederzünden des elektrischen Lichtbogens
nach der Unterbrechung des Schleifenstromes, und
der bewegliche Bogenkontakt 132 erreicht schließlich seine
in Fig. 6 dargestellte Position, die zu einer Beendigung
des Unterbrechungsvorganges führt.
Fig. 7 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung des Zustandes,
in dem der Schleifenstrom unterbrochen wird. Die
dargestellte Anordnung ist mit dem Trennschalter versehen,
der durch eine Parallelschaltung von Stromwegen dargestellt
ist, nämlich einen Stromweg, der den beweglichen Hauptkontakt
122, den festen Hauptkontakt 118 und einen Spalt zwischen
den beiden Hauptkontakten 122 und 118 aufweist;
einen Stromweg, der den beweglichen Bogenkontakt 132, den
festen Bogenkontakt 122, den zwischen den beiden Bogenkontakten
132 und 122 geschlagenen Lichtbogen 142 sowie das
elektrisch leitende Teil 108 aufweist; und einen Stromweg,
der den beweglichen Bogenkontakt 132, die Widerstandselektrode
116, eine Gasstrecke zwischen dem beweglichen
Bogenkontakt 132 und der Widerstandselektrode 116, den
Widerstand 114 mit einem Widerstandswert R sowie das
Federgehäuse 110 aufweist. Die Parallelschaltung ist an
einem Ende mit dem elektrisch leitenden Bogenkontakt 122
und am anderen Ende mit dem elektrisch leitenden Teil 104
über den Schirm 106 verbunden. Außerdem ist der elektrisch
leitende Bogenkontakt 122 mit dem elektrisch leitenden
Teil 104 über einen Stromweg verbunden, über den der Schleifenstrom
i vom elektrisch leitenden Bogenkontakt 122 zum
elektrisch leitenden Teil 104 fließt.
Aus Fig. 7 ergibt sich, daß beim Unterbrechen des Schleifenstromes
der Stromweg allein über die beiden Bogenkontakte
122 und 132 geht.
Anschließend wird das Öffnen einer unbelasteten elektrischen
Leitung beschrieben. Die Betätigung des Trennschalters
selbst ist selbstverständlich bei der Unterbrechung
des Schleifenstromes und dem Öffnen einer unbelasteten
Leitung identisch, aber die Phänomene, die sich beim
Trennen der beweglichen Kontakte von den festen Kontakten
entwickeln, sind verschieden.
Wie oben erläutert, wird die elektrisch isolierende
Betätigungsstange 134 nach rechts bewegt, um zuerst den
beweglichen Hauptkontakt 130 mit dem festen Hauptkontakt
118 außer Eingriff zu bringen und dann den beweglichen
Bogenkontakt 132 mit dem festen Bogenkontakt 122 außer
Eingriff zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt entwickelt sich
eine Potentialdifferenz zwischen den Bogenkontakten 122
und 132, da eine nicht dargestellte, der elektrischen Leitung zugeordnete elektrische
Spannungsquelle mit einer üblichen Frequenz schwingt. Infolgedessen
wird ein elektrischer Lichtbogen wieder zwischen
diesen Bogenkontakten 122 und 132 gezündet.
Der wiedergezündete elektrische Lichtbogen bewirkt einen
Spannungsstoß, der im allgemeinen einen extrem großen
Amplitudenwert hat, der einen Wert vom 1,7- bis 1,9fachen
ausmacht. Ein derartiger Spannungsstoß ist im allgemeinen
proportional zu einer Potentialdifferenz zwischen den Kontakten
beim Wiederzünden des elektrischen Lichtbogens.
Die Potentialdifferenz ist außerdem proportional zu einem
Abstand zwischen den Kontaktstücken. Somit wird ein Spannungsstoß,
der durch das Einsetzen eines Widerstandes
unterdrückt werden muß, darauf beschränkt, was in einer
Position hervorgerufen wird, wo der bewegliche Hauptkontakt
130 mit einem bestimmten Abstand vom festen Bogenkontakt
122 entfernt ist. Dieser Abstand hängt von der Art
der Einrichtung ab und ist nicht kleiner als ungefähr ein
Viertel bis etwa ein Drittel des maximalen Abstandes, um
den der bewegliche Hauptkontakt 130 vom festen Bogenkontakt
122 in der vollständig geöffneten Position getrennt
werden kann.
Dementsprechend ist es nicht erforderlich, einen Spannungsstoß
aufgrund eines elektrischen Lichtbogens, der wieder
zwischen dem beweglichen Hauptkontakt 130 und dem festen
Bogenkontakt 122 gezündet hat, durch das Einsetzen eines
Widerstandes zu unterdrücken. Wenn der bewegliche Hauptkontakt
130 seine Position gemäß Fig. 8 erreicht, wobei
diese Position einen Abstand von dem festen Bogenkontakt 122
besitzt, der etwa gleich einem Drittel bis der Hälfte des
oben angegebenen Maximalabstandes ist, wird ein elektrischer
Lichtbogen 144 wieder zwischen dem beweglichen Bogenkontakt
132 und der Widerstandselektrode 116 gezündet. Der
wiedergezündete elektrische Lichtbogen 144 kann eine Potentialdifferenz
zwischen dem Bogenkontakt 132 und der Widerstandselektrode
116 hervorrufen, die einen Betrag bis zu
2 p.u. erreichen kann, wobei dieser Wert gleich dem doppelten
Spitzenwert einer normalen Spannung gegenüber Erde ist.
Somit ist ein Spannungsstoß aufgrund dieses wiedergezündeten
Lichtbogens extrem groß. Dementsprechend ist es erforderlich,
in Reihenschaltung einen Widerstand in die Schaltung
mit dem Trennschalter einzubauen, um den Spannungsstoß
zu unterdrücken.
Der feste Bogenkontakt 122 befindet sich jedoch innerhalb
des Schirmes 106 entfernt von der Ebene der Öffnung 106 a
im Vergleich zu der ringförmigen Widerstandselektrode 116,
und es bildet sich ein Spalt zwischen der Öffnung 106 a
des Schirmes 106 und der Widerstandselektrode 116. Unter
diesen Umständen können sämtliche elektrischen Lichtbogen
wieder zwischen dem beweglichen Bogenkontakt 132 und der
Widerstandselektrode 116 zünden. Außerdem kann sich aufgrund
des Spaltes zwischen der Öffnung 106 a und der Widerstandselektrode
116 der wiedergezündete elektrische Lichtbogen
innerhalb eines Bereiches bewegen, der auf den Oberflächenbereich
der Widerstandselektrode 116 begrenzt ist,
der dem beweglichen Bogenkontakt 132 ohne den Bogenschirm
dem Schirm 106 gegenüberliegt. Das bedeutet, daß der wiedergezündete
elektrische Lichtbogen kaum eine Potentialverteilung
stören kann, die sich in der Nähe des Schirmes
106 und des Schirmes 120 a ausgebildet hat. Somit hat der
wiedergezündete elektrische Lichtbogen nur eine äußerst
kleine Möglichkeit, sich zu einem Erdkurzschlußfehler zu
entwickeln.
Fig. 9 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung des Zustandes
des elektrischen Lichtbogens, der beim Öffnen der
unbelasteten Leitung gemäß Fig. 8 wiedergezündet hat. Die
Anordnung unterscheidet sich von der gemäß Fig. 7 nur dadurch,
daß in Fig. 9 der elektrische Lichtbogen 144 zwischen
dem beweglichen Bogenkontakt 132 und der Widerstandselektrode
116 wiedergezündet hat, ohne daß der elektrische
Lichtbogen 142 zwischen den Bogenkontakten 132 und 122
wiedergezündet hat, und daß der Stromweg zur direkten Verbindung
des Bogenkontaktes 122 und des elektrisch leitenden
Teiles 104 weggelassen ist.
Aus Fig. 9 ergibt sich, daß dann, wenn sich der bewegliche
Hauptkontakt 132 in seiner Position gemäß Fig. 8 befindet,
der Widerstand 114 einen schädlichen Spannungsstoß unterdrückt,
der sich zwischen dem elektrisch leitenden Teil
104 und dem Bogenkontakt 122 entwickelt. Dies deswegen,
weil sämtliche Spannungsstöße aufgrund des wiedergezündeten
elektrischen Lichtbogens durch den Widerstand 114
hindurchgehen.
Zu diesem Zeitpunkt bildet sich die Potentialdifferenz Vp,
die sich mit der nachstehenden Gleichung
ausdrücken läßt, über dem jeweiligen Widerstand 114 aus.
Somit sind geeignete elektrisch isolierende Abstände erforderlich,
die zwischen der Widerstandselektrode 116
und dem Schirm 106 sowie zwischen der jeweiligen Tragstange
114 c und dem elektrisch leitenden Teil 108 vorzusehen
sind.
Die Potentialdifferenz Vp bildet sich jedoch über jedem
Widerstand bei dem Prozeß des Energieverbrauchs des Spannungsstoßes
aus. Nimmt man an, daß die elektrische Isolierung
in einem Raum durchbricht, der sich zwischen dem
Schirm 106 und dem einen Ende von einem der Widerstände
114 befindet, so sind die Spannungen über den Widerständen
114 nur einander gleich, aber eine Potentialverteilung
zwischen dem Schirm 106 und dem Gehäuse 100 wird nicht
geändert. Somit behält der Trennschalter die elektrische
Isoliereigenschaft gegenüber Erde, die seine primäre Funktion
darstellt und nicht unterdrückt wird.
Nachdem der bewegliche Hauptkontakt 130 in einen elektrisch
isolierenden Abstand gebracht worden ist, der in ausreichendem
Maße eine Potentialdifferenz von beispielsweise 2 p.u.
aushalten kann, die sich zwischen den Kontakten 118 und
130 ausbildet, tritt der wiedergezündete elektrische Lichtbogen
auf. Danach wird der bewegliche Hauptkontakt 130
weiter bewegt und in seine vollständig geöffnete Position
gebracht, wie es in Fig. 6 dargestellt ist.
Claims (6)
1. Trennschalter, mit einem festen Hauptkontakt (118) und
einem beweglichen Hauptkontakt (130),
mit einem dem festen Hauptkontakt (118) zugeordneten ersten Bogenkontakt (122) und einem fest mit dem beweglichen Hauptkontakt (130) verbundenen zweiten Bogenkontakt (132),
mit einer über einen Widerstand (114) mit dem festen Hauptkontakt (118) verbundenen Widerstandselektrode (116), und mit einem elektrisch leitenden Schirm (106), der eine kreisförmige Öffnung (106 a) aufweist, hinter welcher der feste Hauptkontakt (118) und der eine Bogenkontakt (122) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in geschlossenem Zustand des Schalters das Paar von Bogenkontakten (122, 132) miteinander in Berührung steht, daß der dem festen Hauptkontakt (118) zugeordnete Bogenkontakt (122) in Richtung auf den beweglichen Hauptkontakt (130) längs einer vorgegebenen Strecke bewegbar und in dieser Richtung durch eine Federanorndung (110, 124) vorgespannt ist, wobei die vorgegebene Strecke so bemessen ist, daß beim Öffnen des Schalters zuerst die Hauptkontakte (118, 130) und dann die Bogenkontakte (122, 132) öffnen,
daß der elektrisch leitende Schirm (106) als geschlossene Kapsel ausgebildet ist, die den festen Hauptkontakt (118) vollständig umgibt,
und daß die Widerstandselektrode (116) ringförmig ausgebildet und im wesentlichen konzentrisch zur ringförmigen Öffnung (106 a) sowie im Abstand zwischen dem Schirm (106) und dem beweglichen Bogenkontakt (122) angeordnet ist und eine aus der Öffnung (106 a) hervorstehende Oberfläche aufweist, so daß die Bogenkontakte (122, 132) im Moment des Trennens voneinander parallel zu einer Reihenschaltung aus Widerstand (114) und einem Spalt zwischen der Widerstandselektrode (116) und dem mit dem beweglichen Hauptkontakt (130) verbundenen Bogenkontakt (132) geschaltet sind.
mit einem dem festen Hauptkontakt (118) zugeordneten ersten Bogenkontakt (122) und einem fest mit dem beweglichen Hauptkontakt (130) verbundenen zweiten Bogenkontakt (132),
mit einer über einen Widerstand (114) mit dem festen Hauptkontakt (118) verbundenen Widerstandselektrode (116), und mit einem elektrisch leitenden Schirm (106), der eine kreisförmige Öffnung (106 a) aufweist, hinter welcher der feste Hauptkontakt (118) und der eine Bogenkontakt (122) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß in geschlossenem Zustand des Schalters das Paar von Bogenkontakten (122, 132) miteinander in Berührung steht, daß der dem festen Hauptkontakt (118) zugeordnete Bogenkontakt (122) in Richtung auf den beweglichen Hauptkontakt (130) längs einer vorgegebenen Strecke bewegbar und in dieser Richtung durch eine Federanorndung (110, 124) vorgespannt ist, wobei die vorgegebene Strecke so bemessen ist, daß beim Öffnen des Schalters zuerst die Hauptkontakte (118, 130) und dann die Bogenkontakte (122, 132) öffnen,
daß der elektrisch leitende Schirm (106) als geschlossene Kapsel ausgebildet ist, die den festen Hauptkontakt (118) vollständig umgibt,
und daß die Widerstandselektrode (116) ringförmig ausgebildet und im wesentlichen konzentrisch zur ringförmigen Öffnung (106 a) sowie im Abstand zwischen dem Schirm (106) und dem beweglichen Bogenkontakt (122) angeordnet ist und eine aus der Öffnung (106 a) hervorstehende Oberfläche aufweist, so daß die Bogenkontakte (122, 132) im Moment des Trennens voneinander parallel zu einer Reihenschaltung aus Widerstand (114) und einem Spalt zwischen der Widerstandselektrode (116) und dem mit dem beweglichen Hauptkontakt (130) verbundenen Bogenkontakt (132) geschaltet sind.
2. Trennschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandselektrode (116) in Form eines
Toroids ausgebildet und über Tragstangen (114 c) elektrisch
mit dem Widerstand (114) verbunden ist.
3. Trennschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der dem festen Hauptkontakt (118) zugeordnete
Bogenkontakt (122) kugelförmig ausgebildet
und koaxial gegen den ringförmigen Bogenkontakt (132)
des beweglichen Hauptkontaktes (130) andrückbar ist.
4. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der dem festen Hauptkontakt (118)
zugeordnete Bogenkontakt (122) eine verschiebbar
gelagerte Tragstange (120) aufweist, die mit der Druckfeder
(124) in Richtung des gegenüberliegenden Bogenkontakts
(132) vorgespannt ist.
5. Trennschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem festen Hauptkontakt (118) ein Federgehäuse
(110) zugeordnet ist, das die Druckfeder (124) aufnimmt
und in dem die Tragstange (120) über eine vorgegebene
Strecke bewegbar ist.
6. Trennschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Hauptkontakt
(130) von einem fest angeordneten Schirm (120 a) umgeben
ist, der ein Paar von gegenüberliegenden Öffnungen
konzentrisch zum Gehäuse (100) des Trennschalters aufweist
und der elektrisch mit dem beweglichen Hauptkontakt
(130) verbunden ist.
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