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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Lastschalter bzw. Stromunterbrecher
für Ströme mit hohen
Spannungen. Bekanntlich müssen
Stromunterbrecher für
Ströme
bei hohen Spannungen schnell und bereitwillig betätigt werden.
Um diese Anforderung zu erfüllen,
würde die
Verwendung von direkten Aktoren vom elektromechanischen Typ Vorrichtung von
unannehmbarer Größe zur Folge
haben; somit werden allgemein Systeme zur Speicherung mechanischer
Energie verwendet. Die Energiespeicherung geschieht über einige
wenige hundert Sekunden. Die Energie wird dann über einige wenige zehn Millisekunden
verwendet und abgegeben.
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Diese
Lösung
führt in
jedem Fall zur Verwendung komplexer, teurer und sperriger Vorrichtungen, die
nicht in die Stromunterbrecherpole integriert werden können, die
sie betätigen
müssen.
Genauer ist es bei Speicherung der Energie in Stahlfedern, die eine
große
Masse aufweisen, nicht möglich,
diese direkt mit der bewegliche Anordnung des Stromunterbrecherpols
zu verbinden, da ihre Masse die Geschwindigkeit und die Betätigungsdauer
des Stromunterbrechers erheblich begrenzen würde, wodurch dessen Leistung
unannehmbar leiden würde.
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In
dieser Lage ist es notwendig, auf Hubvervielfältigungsmechanismen zurückzugreifen,
die zwischen der Feder und dem beweglichen Element des Stromunterbrechers
angeordnet sind, was den Betätigungsmechanismus
noch komplizierter macht und es praktisch unmöglich macht, ihn in den Pol
des Stromunterbrechers zu integrieren.
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Was
die Pole von Stromunterbrechern betrifft, so führt die im Stand der Technik übliche Verwendung
von Porzellanisolatoren zu großen
Beschränkungen.
Diese Lösung
führt notwendigerweise zur
Verwendung von zwei Porzellanisolatoren, die mit Aluminiumflanschen
(die auf komplizierte Weise in den Isolator einzementiert sind)
ausgestattet sind und die jeweils die Lichtbogenkammer und den isolierende
Antriebsstab enthalten; die gesamte Einheit wird mittels Platten
und Abdeckungen zusammengebaut, die teuer und sperrig sind.
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Die
Patentanmeldung Nr. FR-A-2589001 offenbart einen Mechanismus zur
Betätigung
eines Stromunterbrechers, die außerdem bewirkt, dass ein Stromunterbrecher
einen schnellen Öffnen-Schließen-Öffnen-Zyklus
durchführt.
Eine erste Feder ist koaxial um einen Betätigungsstab herum angeordnet,
der den Stromunterbrecher beweglich berührt. Eine zweite Feder ist
um einen Zylinder herum angeordnet, der die erste Feder umgibt.
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Die
Patentanmeldung Nr.
EP 788126 offenbart
einen Schalter für
Strom mit hoher Spannung, der mit einem beweglichen Kontakt versehen
ist, der mittels eines Betätigungsstabs,
der aus Isoliermaterial besteht, betätigt wird. Der Betätigungsstab
beherbergt eine Feder, die zwischen dem Betätigungsstab und dem Körper des
Isolators, der den Schalter aufnimmt, wirkmäßig angeschlossen ist.
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Patent
Nr. US-5504289 offenbart einen Schaltmechanismus für einen
Stromunterbrecher für hohe
Spannungen. Der offenbarte Mechanismus schließt eine erste Feder und eine
zweite Feder, die koaxial mit der ersten Feder angeordnet ist, ein.
Ein Betätigungsstabelement
ist wirkmäßig mit
den Federn und den beweglichen Kontakten des Stromunterbrechers
verbunden.
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Hauptaufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Stromunterbrechers
für Ströme mit hohen
Spannungen, der es erlaubt, auf die komplizierten Hubvervielfältigungsmechanismen,
die notwendig sind, um die Bewegung der beweglichen Teile auf den
Stromunterbrecher zu übertragen,
zu verzichten.
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Innerhalb
des Bereichs dieser Aufgabe ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung
die Schaffung eines Stromunterbrechers für Ströme mit hohen Spannungen, der
es ermöglicht,
die Energie, die erforderlich ist, um Bewegung auf die beweglichen
Kontakte des Stromunterbrechers zu übertragen, zu verringern, um
dessen Leistung im Hinblick auf Geschwindigkeit und Bereitwilligkeit
gemäß der Erfindung
zu verbessern.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Stromunterbrechers für
Ströme
mit hohen Spannungen mit einem Pol, der eine kleinere Zahl von Komponenten,
ein verringertes Gewicht und eine geringere Größe bei gleichen Isolationsniveaus
aufweist.
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Ein
weiteres, aber nicht das letzte Ziel der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines Stromunterbrechers für Ströme mit hohen
Spannungen, der sehr zuverlässig
ist, verkürzte
Testzeiten aufweist, relativ leicht herzustellen ist und kostengünstig ist.
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Diese
Aufgabe, diese Ziele und weitere, die sich aus dem Folgenden ergeben,
werden durch einen Stromunterbrecher für Ströme mit hohen Spannungen gemäß dem folgenden
Anspruch 1 erreicht.
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Weitere
kennzeichnende Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten, aber nicht beschränkenden Ausführungsformen des
Stromunterbrechers gemäß der Erfindung
ersichtlich, der in der beigefügten
Zeichnung nur anhand eines nicht-beschränkenden Beispiels dargestellt
ist, wobei:
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Die 1, 2 und 3 Teilschnittansichten
einer ersten Ausführungsform
des Stromunterbrechers gemäß der Erfindung
sind; und
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4 eine
Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform des Stromunterbrechers
gemäß der Erfindung
ist.
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Wie
im Einzelnen in den 1, 2 und 3 dargestellt,
weist der Stromunterbrecher gemäß der Erfindung
einen Pol auf, der aus einem Isolator 4 mit festen Kon takten 1 und
beweglichen Kontakten 2 besteht. Ein elektrischer Leistungsabgriff 3 ragt
aus dem Isolator vor und trägt
einen beweglichen Kontakthalter 10 mittels eines Zwischenflansches 11.
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Innerhalb
des Isolators 4 des Pols sind elastische Mittel vorgesehen,
die zweckmäßig aus
zwei Federn 6 und 7 zur Öffnung bzw. Schließung bestehen
und die aus Isoliermaterial gefertigt sind. Vorteilhaft ist ein
Ende der Öffnungsfeder 6 mit
einen beweglichen Antriebsstab 5 verbunden, der ebenfalls aus
Isoliermaterial gefertigt ist und der durch Betätigen der beweglichen Kontakte 2 die Öffnung und Schließung des
Stromunterbrechers ermöglicht,
und das andere Ende ist am Flansch 11 befestigt. Ein Ende
der Öffnungsfeder 7 ist
mit dem Gleitlagermittel 12 verbunden, das mittels eines
Rohrs 13 mit Stromunterbrecher-Betätigungsmitteln 8 verbunden ist,
und das andere Ende ist mit dem Flansch 11 verbunden. Genauer
ist das Rohr 13 über
Verbindungsmittel 16, die am Rohr 13 befestigt
sind und die eine Klaue aufweisen, die in einen Schlitz greift,
der im Stab 5 ausgebildet ist, mit dem Antriebsstab 5 verkuppelt.
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Die
Stromunterbrecher-Betätigungsmittel 8 gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen erfindungsgemäß einen
Zahnradmotor 31, eine Madenschraube 36, zwei elektrische
Verbindungseinrichtungen 34 und 35 und zwei Verbindungsmittel 19 und 20 und
sind mittels eines Flansches 14 direkt mit dem Flansch 9 des
Isolators 4 verbunden. Auf diese Weise sind sie starr mit
der Basis des Isolators 4 verkuppelt.
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Ausgehend
von der Situation von 1, in der der Stromunterbrecher
offen ist und die Schließungsfeder
belastet ist, d.h. unter Spannung steht, löst die Erregung des Elektromagneten 35 das
Verbindungsmittel 19: auf diese Weise kann sich die Schließungsfeder 7 frei
bewegen und bewegt das Rohr 13 nach oben, das, da es über die
Verbindungsmittel 16 mit dem Antriebsstab 5 verbunden
ist, auch den Antriebsstab 5 in seiner Aufwärtsbewegung
nach oben mitnimmt. Der Stab 5 schließt durch Betätigen der
beweglichen Kontakte 2 den Stromunterbrecher und übt eine
Kompressionslast auf die Öffnungsfeder 6 aus,
die starr mit ihm verbunden ist.
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Am
Ende der Betätigung
wird, wie in 3 dargestellt, die Klaue der
Verbindungsmittels 16 durch den Hubbegrenzer 17 gelöst, und
der Antriebsstab 5 wird mit dem Verbindungsmittel 20 verbunden; auf
diese Weise ist der Öffnungsmechanismus
unabhängig
vom Schließungsmechanismus.
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Der
Zahnradmotor 31 startet mittels eines Hubbegrenzungsschalters 32 und
kann die Schließungsfeder 7 erneut
belasten, die am Ende ihrer Belastung mit dem Verbindungsmittel 19 verbunden wird;
das Rad des Zahnradmotors löst
sich von der Madenschraube 36 und der Zahnradmotor hält aufgrund
des Hubbegrenzers 33 an.
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Die Öffnung der
Kontakte, die, falls nötig, auch
während
des erneuten Belastens der Schließungsfeder durchgeführt werden
kann, findet durch Erregung des Elektromagneten 34 statt.
Auf diese Weise werden die Verbindungsmittel 20 gelöst und die Öffnungsfeder 6,
da sie gelöst
wird, schiebt den Stab 5 nach unten, was die Kontakte öffnet.
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Mit
dem Stromunterbrecher gemäß der Erfindung
ist es möglich,
ein schnelles Öffnen-Schließen-Öffnen in
der folgenden Abfolge durchzuführen.
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Ausgehend
von der Betriebsbedingung, dass der Stromunterbrecher geschlossen
ist und die Schließungs-
und Öffnungsfedern
belastet sind, findet folgendes statt:
Die Verbindungsmittel 20 werden
durch Erregung des Elektromagneten 34 gelöst; da die Öffnungsfeder 6 sich
nun frei bewegen kann, dehnt sie sich aus und schiebt den Antriebsstab 5 nach
unten, der den Stromunterbrecher öffnet und mit dem Verbindungsmittel 16 verbunden
wird. In dieser Situation ist der Stromunterbrecher offen, die Öffnungsfeder 6 ist
gelöst
und die Schließungsfeder 7 ist
belastet.
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Durch
Erregen des Elektromagneten 35 werden die Verbindungsmittel 19 gelöst und der Stromunterbrecher
schließt
sich wie oben beschrieben. In dieser Lage ist die Öffnungsfeder
belastet und der Isolierstab 5 ist mit dem Verbindungsmittel 20 verbunden.
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Durch
erneutes Erregen des Elektromagneten 34 öffnet sich
der Stromunterbrecher wieder.
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Bei
jeder Betätigung
werden Hilfskontakte 18 des Isolators geschaltet.
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung wird nun mit Bezug auf 4 beschrieben.
Auch in dieser Ausführungsform
sind die Öffnungs-
und Schließungsfedern,
nun mit den Bezugszeichen 3 und 4 benannt, im
Isolator 5 des Stromunterbrecherpols untergebracht und
bestehen aus isolierendem Material. Genauer ist ein Ende der Öffnungsfeder 3 an
einem Flansch 30 befestigt und das andere Ende ist an einem
Isolierstab 50 befestigt, der durch Betätigung der beweglichen Kontakte 2 die Öffnung und Schließung des
Stromunterbrechers ermöglicht.
Ein Ende der Schließungsfeder 4 ist
am Flansch 30 befestigt, während das andere Ende mit einem
System verbunden ist, das aus einem Gestänge 61 und einem Hebel 62 besteht.
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In
dieser Ausführungsform
schließen
die Betätigungsmittel
zwei elektrische Verbindungseinrichtungen 39 und 41 und
einen Zahnradmotor 42 auf. Ausgehend von der in 4 dargestellten
Situation, in der der Stromunterbrecher offen ist, wird die Schließungsfeder 4 belastet
(komprimiert) und die Öffnungsfeder 3 wird
entlastet, die Erregung der elektrischen Verbindungseinrichtung 40 entlastet,
die kinematische Kette 62, 61 und 4.
Die Schließungsfeder 4 wird
entlastet und schiebt, da sie sich ausdehnt, den Hebel 62,
der mittels des Gestänges 63 und
der Hebel 64 und 65 den Stab 50 nach
oben bewegt, was die Schließung
der Kontakte und die Belastung (durch Kompression) der Öffnungsfeder 3 bewirkt.
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Am
Ende der Schließungsbetätigung wird der
Hebel 64 mit der elektrischen Verbindungseinrichtung 41 verbunden;
gleichzeitig löst
der Hebel 66 den Hebel 65 vom Hebel 62,
was den Öffnungsmechanismus
unabhängig
vom Schließungsmechanismus macht.
Der Zahnradmotor 42 kann somit die Öffnungsfeder 4 erneut
belasten. Am Ende der Belastungsaktion wird die Feder 4 mit
der elektrischen Verbindungseinrichtung 40 verbunden und
der Zahnradmotor 42 löst
sich vom Hebel 62 mittels einer Lösungseinrichtung 43.
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Die Öffnung der
Kontakte, die falls nötig
auch während
der erneuten Belastung der Schließungsfeder durchgeführt werden
kann, findet durch Erregung der elektrischen Verbindungseinrichtung 41 statt, welche
den Hebel 64 löst.
Die Öffnungsfeder 3 wird nicht
länger
zurückgehalten
und wird entlastet, was den Stab 50 anschiebt, der die
Kontakte öffnet.
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Entsprechend
dieser Ausführungsform
ist es möglich,
ein schnelles Öffnen-Schließen-Öffnen mittels
der folgenden Abfolge durchzuführen:
Ausgehend
von einer Bedingung, unter der der Stromunterbrecher geschlossen
ist, werden die Öffnungsfeder 4 und
die Schließungsfeder 3 belastet und
wie oben beschrieben passiert folgendes:
- – die elektrische
Verbindungseinrichtung 41 gibt den Hebel 64 frei
und die Öffnungsfeder 3 wird entlastet,
wodurch sich der Stromunterbrecher öffnen kann;
- – der
Hebel 64 wird mit dem Gestänge 63 verbunden;
- – die
elektrische Verbindungseinrichtung 40 gibt den Hebel 62 frei,
die Feder 4 wird entlastet und ermöglicht ein Schließen des
Stromunterbrechers und eine erneute Belastung der Öffnungsfeder 3; gleichzeitig
löst sich
der Hebel 64 vom Gestänge 63;
- – die
elektrische Verbindungseinrichtung 41 gibt den Hebel frei
und der Stromunterbrecher öffnet sich
erneut.
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Ein
weiterer Vorteil des Stromunterbrechers gemäß der Erfindung ist die Tatsache,
dass der Isolator des Pols monolithisch aus Verbundmaterial gefertigt
ist, das mit polymerem Material beschsichtet ist. Somit wird es
dadurch möglich,
die Zahl der Komponenten des Pols, sein Gewicht und, bei gleichen Isolierungsniveaus,
seine Größe zu verringern.