EP2343720A1 - Gasisolierter Hochspannungsschalter - Google Patents
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- EP2343720A1 EP2343720A1 EP10150520A EP10150520A EP2343720A1 EP 2343720 A1 EP2343720 A1 EP 2343720A1 EP 10150520 A EP10150520 A EP 10150520A EP 10150520 A EP10150520 A EP 10150520A EP 2343720 A1 EP2343720 A1 EP 2343720A1
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- H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid
- H01H33/88—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts
- H01H33/90—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism
- H01H33/904—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid the flow of arc-extinguishing fluid being produced or increased by movement of pistons or other pressure-producing parts this movement being effected by or in conjunction with the contact-operating mechanism characterised by the transmission between operating mechanism and piston or movable contact
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- H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
- H01H33/02—Details
- H01H2033/028—Details the cooperating contacts being both actuated simultaneously in opposite directions
Definitions
- the present invention relates to a high voltage switch according to the preamble of claim 1.
- a switch of the aforementioned type is generally a circuit breaker, which dominated in the voltage range of about 70 kV breaking currents of more than 10 kA.
- Such a switch has a housing which is filled with an arc-containing insulating gas, such as based on sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide, of generally up to a few bar pressure.
- an arc-containing insulating gas such as based on sulfur hexafluoride and / or nitrogen and / or carbon dioxide, of generally up to a few bar pressure.
- a contact arrangement is arranged, which has two along an axis counter to each other movable switching pieces, between which forms a switching arc when opening the switch.
- an insulating nozzle is fixed, which limits a switching arc receiving arc zone radially outward.
- a deflection gear is provided, which is connected to a first coupling member with the second contact piece of the contact arrangement and with a second coupling member with a remote from the first contact end of the insulating nozzle.
- the contact arrangement is actuated by a drive whose power is transmitted to the second contact piece via a transmission containing a drive rod.
- the available power of the drive during a shift must be sufficient to move the contact assembly and all power transmitting parts, such as the Isolierdüse, the reversing gear and the transmission, and operate an optionally provided compression device for generating quenching gas.
- a switch of the type mentioned is described in EP 1983538 A1 ,
- the force applied by the drive is transmitted via a connected to a drive and a drive rod and an optionally provided lever system containing gear on the second contact piece and the reversing gear and the Isolierdüse also on the insulating nozzle supporting, counter-driven first contact piece.
- drive energy is saved compared to a switch in which the drive force is transmitted directly to the first contact piece via the gearbox containing the drive rod and also to the counterpartly driven second contact piece via the insulating nozzle and the deflection gear.
- the drive rod When the switch is opened, the drive rod is subjected to tension and when closing to pressure. Therefore, the drive rod must be designed tensile and pressure resistant.
- the object is to provide a switch of the type mentioned above, which requires only a small drive energy in a switching operation.
- high-voltage switch comprises a driving force on a contact arrangement with two counter-movable contact pieces transmitting gear two predominantly tensile load on power transmission elements, of which the first is connected to the second contact piece and loaded when opening the switch to train, and of which the second is connected to the end facing away from the first switching piece end of a first contact piece attached to the insulating nozzle and loaded on closing the switch to train.
- the two power transmission elements of the transmission are loaded exclusively on train when opening and closing the switch and therefore can have much smaller cross-sections than a loaded with compressive forces drive rod, which is kink resistant form and must generally be slidably guided in one or more camps. Because of the small cross-section of preferably designed as a tube or a round rod two power transmission elements, the mass moved by the drive is reduced, thus saving drive energy.
- a connected to the first contact piece second coupling member of the deflection can be connected via an arbitrarily designed insulating part with this contact piece.
- the second coupling member is attached to an end remote from the first contact piece of an insulating and connected via the insulating nozzle with the first contact piece.
- a the counter-rotating movement of the two switching pieces inducing deflection can be designed as a rack gear and coupling elements have two coupled via a gear racks, of which the first is attached to the second contact piece and the second to the insulating, and it can then the first power transmission element the first and the second power transmission element to be attached to the second rack.
- the reversing gear can also be designed as a lever mechanism and having as coupling members two rods, of which the first is hinged to a first of both arms of a two-armed lever and to the second contact piece and the second to the second arm of the lever and to the insulating nozzle, and it Then, the first power transmission element can be attached directly to the second contact piece and the second power transmission element directly to the insulating nozzle.
- the crank mechanism can be arranged in a memory space of the switch, and a crankshaft of the crank mechanism can be guided through the switch housing delimiting the memory space and with be located outside of the storage space end connected to the drive of the switch.
- the crank mechanism may have a one-armed lever arranged in the storage space and rigidly connected to the crankshaft. This lever may be frictionally coupled to a first rack of a rack auxiliary gear, and it may be attached to the first and a counter-rotating second rack of the rack auxiliary gear each one of the two power transmission elements.
- the one-armed lever can be non-positively coupled to the second force transmission element and the first force transmission element can be fastened to a spring store which can be charged when the switch is closed.
- the crank mechanism may also have a arranged in the storage space, rigidly connected to the crankshaft two-armed lever. It can then be articulated to each one of the two arms of the two-armed lever each of the two power transmission elements.
- each of the two arms of the two-armed lever can be connected to the first or the second power transmission element via one of two sections axially parallel guided ropes.
- FIGS. 1 to 4 illustrated two embodiments of the high voltage switch according to the invention are each designed as a circuit breaker and each contain a substantially tubular housing 10 and a housing 10 received, largely axially symmetric shaped contact arrangement with two along an axis A in opposite directions displaceable switching pieces 20 and 30th
- the housing 10 has a hollow cylinder 11 with mutually electrically insulated, power terminals bearing end faces.
- the hollow body 11 is gas-tight supported on a designed as a hollow cylinder insulator 12.
- the lower end of the insulator 12 is with the aid of a metal cover plate 13, respectively.
- the housing 10 is filled with a compressed insulating gas, for example based on sulfur hexafluoride or a gas mixture containing sulfur hexafluoride, thus forming a storage space 16 for the insulating gas.
- the contactor 20 has in coaxial arrangement a hollow arcing contact 21 and a hollow arcing contact surrounding the hollow rated current contact 22, whereas the contact piece 30 in a coaxial arrangement embodied as a pin arcing contact 31 and the arcing contact 31 surrounding hollow rated current contact 32.
- the Arc contact 21 and the rated current contact 22 are electrically conductively connected via a radially extending wall 23 and, together with an insulating nozzle 40 fastened to the rated current contact 22 and typically containing PTFE, define a heating volume 24 which, when the switch is opened, communicates with an arc zone L receiving a switching arc S, which is bounded by the arc contacts 21, 31 axially and the insulating nozzle 40 radially outward.
- the heating volume 24 serves to receive extinguishing gas, which is formed when the switch is opened by the switching arc S.
- the switching piece 20 is guided gas-tight sliding along the axis A in a fixed, metal hollow cylinder 50.
- the hollow cylinder is fixed to the serving as a power connection cover plate 13 of the housing 10 and has a cylinder bottom 51, through which the hollow arcing contact 21 is guided in a gas-tight sliding manner.
- Hollow cylinder 50 and cylinder bottom 51 form a fixed cylinder of a piston-cylinder compression device with a compression chamber 52, is compressed in the opening of the switch by means of the upwardly guided acting as a piston switching piece 20 in the compression space befindliches insulating gas to extinguishing gas.
- a metallic support ring 41 is attached to which a coupling member of a fixedly mounted deflection gear 60 is mounted.
- the gear 60 designed as a rack and pinion gear and therefore contains at least one fixedly mounted gear 61 which engages in two racks 62, 63.
- the rack 62 is rigidly connected to the arcing contact 31 and acts as a coupling member of the rack and pinion gear 60 as a drive member when opening and as a driven member when closing the switch.
- the also acting as a coupling member of the transmission 60 rack 63 is rigidly connected to the support ring 41 and acts when opening the switch as a driven member and closing the switch as a drive member of the rack and pinion.
- Deflection gear designed as a lever mechanism 60.
- the power deflection is achieved by a fixedly mounted, two-armed lever 61 ', at the two arms of each one end of one of two rod 62', 63 'is articulated.
- the other end of each rod 62 'resp. 63 ' is at the contact 30, respectively. articulated on the support ring 41.
- the two rods 62 ', 63' also act as coupling members of the lever mechanism 60 and, depending on the case of switching, function as input or output member of the transmission 60.
- the crank mechanism 70 is arranged in the storage space 16 and has a gas-tight guided through the crankcase 15 crankshaft 73, the outside of the storage space 16 befindliches end is connected to the drive D.
- the drive D loads the crankshaft in each case with one of two oppositely acting torques.
- the located in the crankcase 15 end of the crankshaft 73 is provided with a one-armed lever 74 (embodiment of the Figures 1 and 2 as well as embodiment Figure 5 ) resp. with a two-armed lever 74 '(embodiment according to FIGS FIGS. 3 and 4 as well as embodiment Figure 6 ) rigidly connected.
- the lever 74 resp.
- the force transmission elements 71, 72 are each formed as a rod and are aligned substantially parallel to the axis A. They consist of a high tensile strength insulating material such as, in particular, a polymeric composite having predominantly axially parallel high tensile strength fibers, such as typically polymer, glass or carbon fibers, which are solidified by a polymer. You can therefore transmit high tensile forces with low cross-section and correspondingly low mass.
- the pull rod 71 resp. 72 with its upper end on the integrated into the contact piece 30 rack 62nd respectively. rigidly attached to the integrated in the insulating nozzle 40 rack 63, in the embodiment of the FIGS. 3 and 4 However, it is at a mechanical and electrical connection of the arcing contact 31 and rated current contact 32 causing connecting part 33 of the contact piece 30, respectively. hinged in the insulating nozzle 40 integrated support ring 41. The lower end of each of the two tie rods 71, 72 is guided through the bottom plate 14 into the crankcase 15.
- deflecting gear 60 and the insulating nozzle 40 in opposite directions, ie upward, directed movement of the contact piece 20 as well as the tie rod 72 and the rack 75 "reaches.
- the two switching pieces 20, 30 separate and it forms between the two arcing contacts 21st , 31 of burning in the arc zone L switching arc S.
- Arc gases flow through the diffuser of the insulating nozzle 40 and the hollow arcing contact 21 into the storage space 16, but also pass through a heating channel into the heating volume 24 and mix there with the already existing insulating gas to (compressed) quenching gas.
- crank gear 70 the guided into the crankcase 15 lower end of the tie rod 71 is attached to a rechargeable when closing the switch spring 80.
- the spring accumulator has a compression spring 81 which rests with its upper end on the bottom plate 14 and with its lower end on a fortified at the lower end of the tie rod 71 support 82.
- the spring accumulator 80 is charged, as in Figure 5 the left half of the spring store shows.
- the pull rod 71 is guided upward and the compression spring 81 is biased.
- the two tie rods 71, 72 are loaded to train and transmit the biasing force to the drive D.
- a pawl not shown in the drive D (from the Figures 2 and 4 apparent) compensates the biasing force.
- this pawl When opening the switch, this pawl is opened and the pull rod 71 is guided by the unloading spring accumulator 80 down (shows in Figure 5 the right half of the spring accumulator). At the same time, the pull rod 72 and the thus positively coupled, one-armed lever 74 on the from the FIGS. 1 or 3 apparent deflection gear 60 pulled up.
- the switch When the switch is closed, the drawbar 72 is pulled down by turning the crankshaft 73 and the one-armed lever 74 rigidly connected therewith in a clockwise direction. In this case, the spring accumulator 80 is recharged via the tension rod 71, which is then also loaded with tension.
- the axially parallel sections of the two cables are each arranged between one of two cable guides 77, 77 'and in each case one of the two ends of the tie rods 71, 72.
Landscapes
- Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
Abstract
Der Hochspannungsschalter weist ein Getriebe mit zwei vorwiegend auf Zug belastbaren Übertragungselementen (71, 72) auf, das Kraft von einem Antrieb auf eine Kontaktanordnung des Schalters mit zwei gegenläufig zueinander bewegbaren Schaltstücken (20, 30) überträgt. Ein erstes (71) beider Kraftübertragungselemente ist mit dem ersten Schaltstück (30) der Kontaktanordnung verbunden und ist beim Öffnen des Schalters auf Zug belastet. Das zweite Kraftübertragungselement (72) ist mit einer in das zweite Schaltstück (20) der Kontaktanordnung integrierten Isolierdüse (40) verbunden und ist beim Schliessen des Schalters auf Zug belastet. Die beiden Kraftübertragungselemente (71, 72) sind beim Öffnen und Schliessen des Schalters ausschliesslich auf Zug belastet und können daher wesentlich kleinere Querschnitte aufweisen, als eine mit Druckkräften belastete Antriebsstange, die knickfest auszubilden ist und im allgemeinen in einem oder in mehreren Lagern gleitend geführt werden muss. Wegen des kleinen Querschnitts der beiden Kraftübertragungselemente (71, 72) wird die vom Antrieb bewegte Masse reduziert und wird so Antriebsenergie eingespart.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsschalter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Ein Schalter der vorgenannten Art ist im allgemeinen ein Leistungsschalter, der im Spannungsbereich von über 70 kV Ausschaltströme von über 10 kA beherrscht.
- Ein solcher Schalter weist ein Gehäuse auf, das mit einem Lichtbogenlöscheigenschaften aufweisenden Isoliergas, etwa auf der Basis von Schwefelhexafluorid und/oder Stickstoff und/oder Kohlendioxid, von im allgemeinen bis zu einigen bar Druck gefüllt ist. Im Gehäuse ist eine Kontaktanordnung angeordnet, die zwei längs einer Achse gegenläufig zueinander bewegbare Schaltstücke aufweist, zwischen denen sich beim Öffnen des Schalters ein Schaltlichtbogen bildet. An einem ersten der beiden Schaltstücke ist eine Isolierdüse befestigt, die eine den Schaltlichtbogen aufnehmende Lichtbogenzone radial nach aussen begrenzt. Zur Erzeugung der gegenläufigen Bewegung der beiden Schaltstücke ist ein Umlenkgetriebe vorgesehen, welches mit einem ersten Koppelglied mit dem zweiten Schaltstück der Kontaktanordnung und mit einem zweiten Koppelglied mit einem vom ersten Schaltstück abgewandten Ende der Isolierdüse verbunden ist. Die Kontaktanordnung wird von einem Antrieb betätigt, dessen Kraft über ein eine Antriebsstange enthaltendes Getriebe auf das zweite Schaltstück übertragen wird. Die verfügbare Energie des Antriebs während eines Schaltvorgangs muss ausreichen, um die Kontaktanordnung und alle kraftübertragenden Teile, wie die Isolierdüse, das Umlenkgetriebe und das Getriebe, bewegen und eine gegebenenfalls vorgesehene Kompressionsvorrichtung zur Erzeugung von Löschgas betätigen zu können.
- Ein Schalter der eingangs genannten Art ist beschrieben in
EP 1983538 A1 . Beim beschriebenen Schalter wird die vom Antrieb aufgebrachte Kraft über ein mit einem Antrieb verbundenes und eine Antriebsstange sowie ein gegebenenfalls vorgesehenes Hebelsystem enthaltendes Getriebe auf das zweite Schaltstück übertragen und über das Umlenkgetriebe und die Isolierdüse auch auf das die Isolierdüse tragende, gegenläufig angetriebene erste Schaltstück. Durch diese Massnahmen wird gegenüber einem Schalter, bei dem die Antriebskraft über das die Antriebsstange enthaltende Getriebe unmittelbar auf das erste Schaltstück und über die Isolierdüse und das Umlenkgetriebe auch auf das gegenläufig angetriebene zweite Schaltstück übertragen wird, Antriebsenergie eingespart. Beim Öffnen des Schalters wird die Antriebsstange auf Zug und beim Schliessen auf Druck belastet. Daher muss die Antriebsstange zug- und druckfest ausgebildet sein. Um die bei Druckbelastung wirkenden Knickkräfte zu kompensieren, werden erhebliche Anforderung an die Knickfestigkeit und die Führung der Antriebsstange gestellt. Die Antriebsstange ist daher ziemlich aufwendig. Zudem weisen die bewegten Teile des Getriebes wegen der geforderten Druckbelastbarkeit der Antriebsstange eine vergleichsweise grosse Masse auf. - Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art anzugeben, der bei einem Schaltvorgang lediglich eine geringe Antriebsenergie benötigt.
- Bei dem in Patentanspruch 1 definierten Hochspannungsschalter nach der Erfindung weist ein Antriebskraft auf eine Kontaktanordnung mit zwei gegenläufig bewegbaren Schaltstücken übertragendes Getriebe zwei vorwiegend auf Zug belastbare Kraftübertragungselemente auf, von denen das erste mit dem zweiten Schaltstück verbunden und beim Öffnen des Schalters auf Zug belastet ist, und von denen das zweite mit dem vom ersten Schaltstück abgewandten Ende einer am ersten Schaltstück befestigten Isolierdüse verbunden und beim Schliessen des Schalters auf Zug belastet ist.
- Die beiden Kraftübertragungselemente des Getriebes sind beim Öffnen und beim Schliessen des Schalters ausschliesslich auf Zug belastet und können daher wesentlich kleinere Querschnitte aufweisen als eine mit Druckkräften belastete Antriebsstange, die knickfest auszubilden ist und im allgemeinen in einem oder in mehreren Lagern gleitend geführt werden muss. Wegen des kleinen Querschnitts der vorzugsweise als Rohr oder als Rundstab ausgebildeten beiden Kraftübertragungselemente wird die vom Antrieb bewegte Masse reduziert und wird so Antriebsenergie eingespart.
- Ein mit dem ersten Schaltstück verbundenes zweite Koppelglied des Umlenkgetriebes kann über ein beliebig ausgebildetes Isolierteil mit diesem Schaltstück verbunden sein. Vorzugsweise ist das zweite Koppelglied an einem vom ersten Schaltstück abgewandten Ende einer Isolierdüse befestigt und über die Isolierdüse mit den ersten Schaltstück verbunden.
- Ein die gegenläufige Bewegung der beiden Schaltstücke hervorrufendes Umlenkgetriebe kann als Zahnstangengetriebe ausgebildet sein und als Koppelglieder zwei über ein Zahnrad miteinander gekoppelte Zahnstangen aufweisen, von denen die erste am zweiten Schaltstück und die zweite an der Isolierdüse befestigt ist, und es kann dann das erste Kraftübertragungselement an der ersten und das zweite Kraftübertragungselement an der zweiten Zahnstange befestigt sein.
- Das Umlenkgetriebe kann auch als Hebelgetriebe ausgebildet sein und als Koppelglieder zwei Stangen aufweisen, von denen die erste an einen ersten beider Arme eines zweiarmigen Hebels und an das zweite Schaltstück und die zweite an den zweiten Arm des Hebels und an die Isolierdüse angelenkt ist, und es kann dann das erste Kraftübertragungselement unmittelbar am zweiten Schaltstück und das zweite Kraftübertragungselement unmittelbar an der Isolierdüse befestigt sein.
- Sind die beiden Kraftübertragungselemente Teil eines als Kurbelgetriebe ausgebildeten Getriebes, so kann das Kurbelgetriebe in einem Speicherraum des Schalters angeordnet sein, und es kann eine Kurbelwelle des Kurbelgetriebes durch das den Speicherraum begrenzende Schaltergehäuse geführt und mit einem ausserhalb des Speicherraums befindlichen Ende mit dem Antrieb des Schalters verbunden sein.
- Das Kurbelgetriebe kann einen im Speicherraum angeordneten, mit der Kurbelwelle starr verbundenen einarmigen Hebel aufweisen. Dieser Hebel kann mit einer ersten Zahnstange eines Zahnstangenhilfsgetriebes kraftschlüssig gekoppelt sein, und es kann an der ersten und einer gegenläufig bewegbaren zweiten Zahnstange des Zahnstangenhilfsgetriebes jeweils eines der beiden Kraftübertragungselemente befestigt sein.
- Alternativ kann der einarmige Hebel mit dem zweiten Kraftübertragungselement kraftschlüssig gekoppelt und das erste Kraftübertragungselement an einem beim Schliessen des Schalters aufladbaren Federspeicher befestigt sein.
- Das Kurbelgetriebe kann auch einen im Speicherraum angeordneten, mit der Kurbelwelle starr verbundenen zweiarmigen Hebel aufweisen. Es kann dann jedes der beiden Kraftübertragungselemente an jeweils einem der beiden Arme des zweiarmigen Hebels angelenkt sein.
- Um eine achsparallele Führung der beiden Kraftübertragungselemente zu ermöglichen, kann jeder der beiden Arme des zweiarmigen Hebels über eines von zwei abschnittsweise achsparallel geführten Seilen mit dem ersten oder dem zweiten Kraftübertragungselement verbunden sein.
- Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Hierbei zeigt:
- Fig.1
- eine Aufsicht auf einen längs einer Achse A geführten Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Hochspannungsschalters nach der Erfindung,
- Fig.2
- eine Aufsicht auf einen längs II - II geführten Schnitt durch einen als Kurbelgetriebe ausgebildeten Teil des Schalters nach
Fig.1 , - Fig.3
- eine gegenüber der ersten Ausführungsform abgewandelte zweite Ausführungsform des Hochspannungsschalters nach der Erfindung,
- Fig.4
- eine Aufsicht auf einen längs IV - IV geführten Schnitt durch einen als Kurbelgetriebe ausgebildeten Teil des Schalters nach
Fig.3 , und die - Figuren 5 und 6
- jeweils ein Kurbelgetriebe, das anstelle des in den
Figuren 1 bis 4 dargestellten Kurbelgetriebes im Schalter nach der Erfindung installiert sein kann. - In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile. Die in den
Figuren 1 bis 4 dargestellten beiden Ausführungsformen des Hochspannungsschalters nach der Erfindung sind jeweils als Leistungsschalter ausgeführt und enthalten jeweils ein weitgehend rohrförmiges Gehäuse 10 sowie eine vom Gehäuse 10 aufgenommene, weitgehend axialsymmetrisch gestaltete Kontaktanordnung mit zwei längs einer Achse A gegenläufig zueinander verschiebbaren Schaltstücken 20 und 30. - Das Gehäuse 10 weist einen Hohlzylinder 11 auf mit gegeneinander elektrisch isolierten, Stromanschlüsse tragenden Stirnseiten. Der Hohlkörper 11 ist gasdicht auf einem als Hohlzylinder ausgebildeten Isolator 12 abgestützt. Das obere Ende des Hohlzylinders 11 resp. das untere Ende des Isolators 12 ist mit Hilfe einer metallenen Deckplatte 13 resp. einer metallenen Bodenplatte 14 und einem an der Bodenplatte befestigten metallenen Kurbelgehäuse 15 gasdicht verschlossen. Das Gehäuse 10 ist mit einem komprimierten Isoliergas, etwa auf der Basis Schwefelhexafluorid oder eines Schwefelhexafluorid enthaltenden Gasgemischs, gefüllt und bildet so einen Speicherraum 16 für das Isoliergas.
- Das Schaltstück 20 weist in koaxialer Anordnung einen hohlen Lichtbogenkontakt 21 und einen den hohlen Lichtbogenkontakt umgebenden hohlen Nennstromkontakt 22 auf, wohingegen das Schaltstück 30 in koaxialer Anordnung einen als Stift ausgeführten Lichtbogenkontakt 31 und einen den Lichtbogenkontakt 31 umgebenden hohlen Nennstromkontakt 32 enthält. Der Lichtbogenkontakt 21 und der Nennstromkontakt 22 sind über eine radial erstreckte Wand 23 elektrisch leitend verbunden und begrenzen zusammen mit einer am Nennstromkontakt 22 befestigten und typischerweise PTFE enthaltenden Isolierdüse 40 ein Heizvolumen 24, welches beim Öffnen des Schalters mit einer einen Schaltlichtbogen S aufnehmenden Lichtbogenzone L kommuniziert, die von den Lichtbogenkontakten 21, 31 axial und der Isolierdüse 40 radial nach aussen begrenzt ist. Das Heizvolumen 24 dient der Aufnahme von Löschgas, welches beim Öffnen des Schalters durch den Schaltlichtbogen S gebildet wird.
- Das Schaltstück 20 ist längs der Achse A gasdicht gleitend in einem feststehenden, metallenen Hohlzylinder 50 geführt. Der Hohlzylinder ist an der als Stromanschluss dienenden Deckplatte 13 des Gehäuses 10 festgesetzt und weist einen Zylinderboden 51 auf, durch den der hohle Lichtbogenkontakt 21 in gasdicht gleitender Weise geführt ist. Hohlzylinder 50 und Zylinderboden 51 bilden einen feststehenden Zylinder einer Kolben-Zylinder-Kompressionsvorrichtung mit einem Kompressionsraum 52, in dem beim Öffnen des Schalters mit Hilfe des nach oben geführten, als Kolben wirkenden Schaltstücks 20 im Kompressionsraum befindliches Isoliergas zu Löschgas verdichtet wird.
- An einem vom Diffusor der Düse 40 gebildeten Ausblasende ist ein metallener Tragring 41 befestigt, an dem ein Koppelglied eines feststehend gelagerten Umlenkgetriebes 60 angebracht ist.
- Bei der Ausführungsform nach den
Figuren 1 und 2 ist das Getriebe 60 als Zahnstangengetriebe ausgeführt und enthält daher mindestens ein feststehend gelagertes Zahnrad 61, das in zwei Zahnstangen 62, 63 eingreift. Die Zahnstange 62 ist mit dem Lichtbogenkontakt 31 starr verbunden und wirkt als Koppelglied des Zahnstangengetriebes 60 und zwar als Antriebsglied beim Öffnen und als Abtriebsglied beim Schliessen des Schalters. Die ebenfalls als Koppelglied des Getriebes 60 wirkende Zahnstange 63 ist starr mit dem Tragring 41 verbunden und wirkt beim Öffnen des Schalters als Abtriebsglied und beim Schliessen des Schalters als Antriebsglied des Zahnstangengetriebes. Von einem Antrieb D des Schalters über ein Kurbelgetriebe 70 von unten in die Zahnstange 62 oder 63 eingeleitete Kraft wird im Zahnstangengetriebe 60 um 180° umgelenkt und über die Düse 40 gegenläufig auf das Schaltstück 20 und damit auch auf die den Kompressionsraum 52 enthaltende Kompressionsvorrichtung übertragen. - Bei der aus den
Figuren 3 und 4 ersichtlichen Ausführungsform ist das - Umlenkgetriebe als Hebelgetriebe 60 ausgebildet. Die Kraftumlenkung wird durch einen feststehend gelagerten, zweiarmigen Hebel 61' erreicht, an dessen beiden Armen jeweils ein Ende einer von zwei Stange 62', 63' angelenkt ist. Das andere Ende jeder Stange 62' resp. 63' ist am Schaltstück 30 resp. am Tragring 41 angelenkt. Entsprechend den Zahnstangen 62, 63 wirken auch die beiden Stangen 62', 63' jeweils als Koppelglied des Hebelgetriebes 60 und erfüllen je nach Schaltfall die Funktion als An- oder Abtriebsglied des Getriebes 60.
- Bei beiden Ausführungsformen des erfindungsgemässen Schalters ist das Kurbelgetriebe 70 im Speicherraum 16 angeordnet und weist eine gasdicht durch das Kurbelgehäuse 15 geführte Kurbelwelle 73 auf, deren ausserhalb des Speicherraums 16 befindliches Ende mit dem Antrieb D verbunden ist. Zum Öffnen und Schliessen des Schalters belastet der Antrieb D die Kurbelwelle jeweils mit einem von zwei gegensinnig wirkenden Drehmomenten. Das im Kurbelgehäuse 15 befindliche Ende der Kurbelwelle 73 ist mit einem einarmigen Hebel 74 (Ausführungsform nach den
Figuren 1 und 2 wie auch Ausführungsform nachFig.5 ) resp. mit einem zweiarmigen Hebel 74' (Ausführungsform nach denFiguren 3 und 4 wie auch Ausführungsform nachFig.6 ) starr verbunden. Der Hebel 74 resp. 74' überträgt vom Antrieb D bei einem Schaltvorgang eingeleitete Kraft lediglich als Zugkraft über eines von zwei Kraftübertragungselementen 71 oder 72 auf das Umlenkgetriebe 60. Die Kraftübertragungselemente 71, 72 sind jeweils als Stange ausgebildet und sind weitgehend parallel zur Achse A ausgerichtet. Sie bestehen aus einem Isoliermaterial hoher Zugfestigkeit, wie insbesondere einem polymeren Verbundwerkstoff mit vorwiegend achsparallel ausgerichteten Fasern hoher Zugfestigkeit, wie typischerweise Polymer-, Glas- oder Karbonfasern, die durch ein Polymer verfestigt sind. Sie können daher bei geringem Querschnitt und dementsprechend geringer Masse hohe Zugkräfte übertragen. - Bei der Ausführungsform nach den
Figuren 1 und 2 ist die Zugstange 71 resp. 72 mit ihrem oberen Ende an der in das Schaltstück 30 integrierten Zahnstange 62 resp. an der in die Isolierdüse 40 integrierten Zahnstange 63 starr befestigt, bei der Ausführungsform nach denFiguren 3 und 4 ist sie hingegen an einem die mechanische und elektrische Verbindung von Lichtbogenkontakt 31 und Nennstromkontakt 32 bewirkenden Verbindungsteil 33 des Schaltstücks 30 resp. dem in die Isolierdüse 40 integrierten Tragring 41 angelenkt. Das untere Ende jeder der beiden Zugstangen 71, 72 ist durch die Bodenplatte 14 hindurch in das Kurbelgehäuse 15 geführt. - Bei der Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters nach den
Figuren 1 und 2 ist der einarmige Hebel 74 mit einer ersten Zahnstange 75' eines Zahnstangenhilfsgetriebes 75 kraftschlüssig gekoppelt. An der ersten 75' resp. einer über ein Zahnrad 75"' gegenläufig bewegbaren zweiten Zahnstange 75" des Zahnstangenhilfsgetriebes 75 ist jeweils die als Kraftübertragungselement wirkende Zugstange 71 resp. 72 starr befestigt. - Bei der Ausführungsform des erfindungsgemässen Schalters nach den
Figuren 3 und 4 ist jede der beiden Zugstangen 71, 72 an jeweils einem der beiden Arme des zweiarmigen Hebel 74' angelenkt. - Bei geschlossenem Schalter sind die beiden Schaltstücke 20, 30 miteinander in Eingriff. Zum Abschalten eines Stroms wird der Schalter geöffnet. Bei der Ausführungsform nach den
Figuren 1 und 2 dreht der Antrieb D hierbei die Kurbelwelle 73 im Uhrzeigersinn, wodurch der einarmige Hebel 74 und dementsprechend auch die Zahnstange 75', die daran befestigte Zugstange 71 und damit auch das Schaltstück 30 nach unten geführt werden. Hingegen dreht bei der Ausführungsform nach denFiguren 3 und 4 der Antrieb D die Kurbelwelle im Gegenuhrzeigersinn. Die Zugstange 71 und damit auch das Schaltstück 30 werden dabei ebenfalls nach unten geführt. Zugleich wird nun über das als Zahnstangengetriebe (Ausführungsform nach denFiguren 1 und 2 ) oder als Hebelgetriebe (Ausführungsform nach denFiguren 3 und 4 ) ausgebildete Umlenkgetriebe 60 und die Isolierdüse 40 eine gegenläufig, also nach oben, gerichtete Bewegung des Schaltstücks 20 wie auch der Zugstange 72 und der Zahnstange 75" erreicht. Hierbei trennen sich die beiden Schaltstücke 20, 30 und es bildet sich zwischen den beiden Lichtbogenkontakten 21, 31 der im der Lichtbogenzone L brennende Schaltlichtbogen S. Vom Schaltlichtbogen erzeugte Lichtbogengase strömen durch den Diffusor der Isolierdüse 40 und den hohlen Lichtbogenkontakt 21 in den Speicherraum 16, gelangen aber auch über einen Heizkanal ins Heizvolumen 24 und mischen sich dort mit dem bereits vorhandenen Isoliergas zu (komprimiertem) Löschgas. Zugleich wird durch die gegenläufige Bewegung des Schaltstücks 20 im Kompressionsraum 52 vorhandenes Isoliergas zu Löschgas komprimiert, welche zusammen mit dem im Heizvolumen 24 vorhandenen Löschgas zur thermischen Beblasung des Schaltlichtbogens S bei Annäherung des abzuschaltenden Stroms an einen Nulldurchgang und damit zur Unterbrechung des Stroms benutzt wird. - Beim Schliessen des gemäss den
Figuren 1 und 2 ausgebildeten Schalters dreht der Antrieb D die Kurbelwelle 15 im Gegenuhrzeigersinn. Über den nun nach oben geführten, als Kurbelarm wirkenden einarmiger Hebel 74 und das damit kraftschlüssig gekoppelte Zahnstangenhilfsgetriebe 75 werden nun die Zugstange 72 und das damit verbundene Schaltstück 20 nach unten gezogen. Zugleich werden über das Umlenkgetriebe 60 das Schaltstück 30 und die Zugstange 71 nach oben gezogen. - Bei der Ausführungsform nach den
Figuren 3 und 4 wird die gleiche Wirkung durch Drehen der Kurbelwelle 73 und des damit starr verbundenen, zweiarmigen Hebels 74' erreicht. - Die gegenläufige Bewegung der beiden Schaltstücke 20, 30 endet, wenn beide Schaltstücke bei geschlossenem Schalter miteinander in Eingriff sind.
- Da sowohl beim Öffnen als auch beim Schliessen infolge Reibung und Beschleunigung der Schaltstücke wie auch durch Kompression von Isoliergas oder durch Bildung von Unterdruck beträchtliche Antriebskräfte zu übertragen sind, ist es besonders vorteilhaft, dass die Antriebskräfte sowohl beim Öffnen als auch beim Schliessen ausschliesslich über Elemente auf die Kontaktanordnung des Schalters übertragen werden, die auf Zug belastet sind. Es entfallen daher aufwendige Gleitführungen und können die kraftübertragenden Elemente als dünne und daher leichte Zugstangen 71, 72 ausgebildet sein. Es wird so nicht nur eine robuste und einfache Bauweise des Schalters erreicht, sondern es wird zugleich wegen der geringen Masse der Zugstangen weniger Antriebsenergie benötigt.
- Bei dem aus
Fig.5 ersichtlichem Kurbelgetriebe 70 ist das ins Kurbelgehäuse 15 geführte untere Ende der Zugstange 71 an einem beim Schliessen des Schalters aufladbaren Federspeicher 80 befestigt. Der Federspeicher weist eine Druckfeder 81 auf, die mit ihrem oberen Ende auf der Bodenplatte 14 und mit ihrem unteren Ende auf einer am unteren Ende der Zugstange 71 befestigten Stütze 82 aufliegt. Bei geschlossenem Schalter ist der Federspeicher 80 aufgeladen, so wie dies inFig.5 die linke Hälfte des Federspeichers zeigt. Ersichtlich ist dann die Zugstange 71 nach oben geführt und ist die Druckfeder 81 vorgespannt. Die beiden Zugstangen 71, 72 sind auf Zug belastet und übertragen die Vorspannkraft auf den Antrieb D. Eine nicht dargestellte Klinke im Antrieb D (aus denFiguren 2 und4 ersichtlich) kompensiert die Vorspannkraft. Beim Öffnen des Schalters wird diese Klinke geöffnet und wird die Zugstange 71 durch den sich entladenden Federspeicher 80 nach unten geführt (zeigt inFig.5 die rechte Hälfte des Federspeichers). Zugleich werden auch die Zugstange 72 und der damit kraftschlüssig gekoppelte, einarmige Hebel 74 über das aus denFiguren 1 oder3 ersichtliche Umlenkgetriebe 60 nach oben gezogen. Beim Schliessen des Schalters wird die Zugstange 72 durch Drehen der Kurbelwelle 73 und des damit starr verbundenen, einarmigen Hebels 74 im Uhrzeigersinn nach unten gezogen. Hierbei wird der Federspeicher 80 über die dann ebenfalls auf Zug belastete Zugstange 71 wieder aufgeladen. - Bei dem aus
Fig.6 ersichtlichen Kurbelgetriebe 70 sind die beiden Hebelarme des mit der Kurbelwelle 15 starr verbundenen zweiarmigen Hebels 74' jeweils über eines von zwei abschnittsweise achsparallel geführten Seilen 76, 76' mit den beiden ins Kurbelgehäuse 15 geführten Enden der Zugstangen 71, 72 verbunden. Die achsparallel geführten Abschnitte der beiden Seile sind jeweils zwischen einer von zwei Seilführungen 77, 77' und jeweils einem der beiden Enden der Zugstangen 71, 72 angeordnet. -
- 10
- Schaltergehäuse
- 11
- Hohlzylinder
- 12
- Isolator
- 13
- Deckplatte
- 14
- Bodenplatte
- 15
- Kurbelgehäuse
- 16
- Speicherraum
- 20
- Schaltstück
- 21
- Lichtbogenkontakt
- 22
- Nennstromkontakt
- 23
- Verbindungswand
- 24
- Heizvolumen
- 30
- Schaltstück
- 31
- Lichtbogenkontakt
- 32
- Nennstromkontakt
- 33
- Verbindungsteil
- 40
- Isolierdüse
- 41
- Tragring
- 50
- Hohlzylinder
- 51
- Zylinderboden
- 52
- Kompressionsraum
- 60
- Umlenkgetriebe, Zahnstangengetriebe, Hebelgetriebe
- 61
- Zahnrad
- 61'
- zweiarmiger Hebel
- 62, 63
- Koppelglieder, Zahnstangen
- 62', 63'
- Koppelglieder, Stangen
- 70
- Kurbelgetriebe
- 71, 72
- Kraftübertragungselemente, Zugstangen
- 73
- Kurbelwelle
- 74
- einarmiger Hebel
- 74'
- zweiarmiger Hebel
- 75
- Zahnstangengetriebe
- 75', 75"
- Zahnstangen
- 75"'
- Zahnrad
- 76, 76'
- Seile
- 77, 77'
- Seilführungen
- 80
- Federspeicher
- 81
- Druckfeder
- 82
- Stütze
- A
- Achse
- D
- Antrieb
- L
- Lichtbogenzone
- S
- Schaltl ichtbogen
Claims (11)
- Hochspannungsschalter mit
einem Gehäuse (10), das einen Speicherraum (16) begrenzt, der mit einem Lichtbogenlöscheigenschaften aufweisenden Isoliergas gefüllt ist,
einer im Speicherraum angeordneten Kontaktanordnung, die zwei längs einer Achse gegenläufig zueinander bewegbare Schaltstücke (20, 30) aufweist,
einer am ersten (20) beider Schaltstücke befestigten Isolierdüse (40),
einem die gegenläufige Bewegung der Schaltstücke bewirkenden Umlenkgetriebe (60), welches mit einem ersten Koppelglied (62, 62') mit dem zweiten (30) beider Schaltstücke und mit einem zweiten Koppelglied (63, 63') mit dem ersten Schaltstück (20) verbunden ist,
einem Antrieb (D), und
einem Getriebe zur Übertragung der vom Antrieb (D) erzeugten Kraft auf die Kontaktanordnung,
dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe zwei vorwiegend auf Zug belastbare Kraftübertragungselemente (71, 72) aufweist, von denen das erste (71) mit dem zweiten Schaltstück (30) verbunden und beim Öffnen des Schalters auf Zug belastet ist, und von denen das zweite (72) mit dem vom ersten Schaltstück (20) abgewandten Ende der Isolierdüse (40) verbunden und beim Schliessen des Schalters auf Zug belastet ist. - Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Koppelglied (63, 63') an einem vom ersten Schaltstück (20) abgewandten Ende der Isolierdüse (40) befestigt und über die Isolierdüse (40) mit den ersten Schaltstück (20) verbunden ist.
- Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkgetriebe (60) als Zahnstangengetriebe ausgebildet ist und als Koppelglieder zwei über ein Zahnrad (61) miteinander gekoppelte Zahnstangen (62, 63) aufweist, von denen die erste (62) am zweiten Schaltstück (30) und die zweite (63) an der Isolierdüse (40) befestigt ist, und dass das erste Kraftübertragungselement (71) an der ersten (62) und das zweite Kraftübertragungselement (72) an der zweiten Zahnstange (63) befestigt ist.
- Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkgetriebe (60) als Hebelgetriebe ausgebildet ist und als Koppelglieder zwei Stangen (62', 63') aufweist, von denen die erste (62') an einen ersten beider Arme eines zweiarmigen Hebels (61') und an das zweiten Schaltstück (30) und die zweite (63') an den zweiten Arm des Hebels (61') und an die Isolierdüse (40) angelenkt ist, und dass das erste Kraftübertragungselement (71) unmittelbar am zweiten Schaltstück (30) und das zweite Kraftübertragungselement 72) unmittelbar an der Isolierdüse (40) befestigt ist.
- Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Kurbelgetriebe (70) ausgebildet ist, dass das Kurbelgetriebe (70) im Speicherraum (16) angeordnet ist, und dass eine Kurbelwelle (73) des Kurbelgetriebes (70) durch das Schaltergehäuse (10) geführt und mit einem ausserhalb des Speicherraums (16) befindlichen Ende mit dem Antrieb (D) verbunden ist.
- Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgetriebe (70) einen im Speicherraum (16) angeordneten, mit der Kurbelwelle (73) starr verbundenen einarmigen Hebel (74) aufweist,
- Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einarmige Hebel (74) mit einer ersten Zahnstange (75') eines Zahnstangenhilfsgetriebes (75) kraftschlüssig gekoppelt ist, und dass an der ersten (75') und einer gegenläufig bewegbaren zweiten Zahnstange (75") des Zahnstangenhilfsgetriebes jeweils eines der beiden Kraftübertragungselemente (71, 72) befestigt ist.
- Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einarmige Hebel (74) mit dem zweiten Kraftübertragungselement (72) kraftschlüssig gekoppelt ist, und dass das erste Kraftübertragungselement (71) an einem beim Schliessen des Schalters aufladbaren Federspeicher (80) befestigt ist.
- Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgetriebe (70) einen im Speicherraum (16) angeordneten, mit der Kurbelwelle (15) starr verbundenen zweiarmigen Hebel (74') aufweist.
- Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der beiden Kraftübertragungselemente (71, 72) an jeweils einem der beiden Arme des zweiarmigen Hebel (74') angelenkt ist.
- Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Arme des zweiarmigen Hebels (74') über eines von zwei abschnittsweise achsparallel geführten Seilen (76, 76') mit dem ersten (71) oder dem zweiten Kraftübertragungselement (72) verbunden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP10150520A EP2343720A1 (de) | 2010-01-12 | 2010-01-12 | Gasisolierter Hochspannungsschalter |
Applications Claiming Priority (1)
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EP10150520A EP2343720A1 (de) | 2010-01-12 | 2010-01-12 | Gasisolierter Hochspannungsschalter |
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Publication Number | Publication Date |
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EP2343720A1 true EP2343720A1 (de) | 2011-07-13 |
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ID=42194841
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EP10150520A Withdrawn EP2343720A1 (de) | 2010-01-12 | 2010-01-12 | Gasisolierter Hochspannungsschalter |
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EP (1) | EP2343720A1 (de) |
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