DE1216964B - Elektrischer Schalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIh

Deutsche Kl.: 21c-35/10

Nummer: 1216 964

Aktenzeichen: W 39795 VIII d/21 c

Anmeldetag: 25. August 1965

Auslegetag: 18. Mai 1966

Aus der deutschen Patentschrift 732 000 ist ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem die Gasströmung zur Beblasung des Ausschaltlichtbogens mit einem Saugkolben erzeugt wird. Zweck dieser Anordnung ist es, den Lichtbogen mit Sicherheit im Innern einer Schaltkammer zu löschen, während bei bekannten Druckgasschaltern, wie es in der Patentschrift heißt, Schaltgase aus dem Schalter herausdringen können, so daß große Abstände zwischen den einzelnen Anlageteilen erforderlich sind.

Der bekannte Schalter benötigt Ioslierstoffkörper, um die Gasströmung gegen den Lichtbogen zwischen dem massiven Schaltstift und einem feststehenden Schaltstück zu richten. Dies ist aber unvorteilhaft, weil der Lichtbogen den Isolierstoffkörper angreifen kann.

Die Erfindung betrifft ebenfalls einen elektrischen Schalter mit Beblasung des Lichtbogens durch eine Gasströmung, die mit einem Saugkolben erzeugt wird. Im Gegensatz zum Bekannten verläuft die Gasströmung beim Ausschalten in an sich bekannter Weise in das hohle bewegliche Schaltstück hinein. Dies ergibt den Vorteil, daß das hohle bewegliche Schaltstück selbst die Gasströmung gegen den Lichtbogen im Bereich der Schaltstiftspitze richtet, so daß kerne Isolierstoffteile zur Führung der Gasströmung benötigt werden.

Durch das Einströmen des Gases in den hohlen Schaltstift wird der Lichtbogenfußpunkt am Schaltstift mitgenommen, so daß eine gewisse Lichtbogenstrecke im Innern des Schaltstiftes entsteht, die besonders intensiv beblasen wird.

Schließlich gibt es noch Druckgasschalter, bei denen das Gas beim Ausschalten ebenfalls in den hohlen beweglichen Schaltstift eintritt. Diese Druckgasschalter besitzen aber verhältnismäßig aufwendige Einrichtungen zur Herstellung eines hohen Gasdrukkes, der das Gas durch den Schaltstift treibt. Sie benötigen darüber hinaus im allgemeinen Isolierstoffteile in der Nähe des Lichtbogens, damit der Raum, den das Gas hohen Druckes auffüllen muß, bevor eine nennenswerte Gasströmung in Gang kommt, nicht zu groß wird. Beim Schalter nach der Erfindung nimmt die Intensität der Strömung durch den Schaltstift dagegen mit wachsender Größe des in Strömungsrichtung vor dem Schaltstift liegenden Raum zu, so daß im Lichtbogenraum keine Ioslierstoffteile erforderlich sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Saugkolben in an sich bekannter Weise als Antriebsglied verwendet. Dies kann in bekannter Weise geschehen, daß die dem Saugraum abgekehrte Elektrischer Schalter

Anmelder:

Westinghouse Electric Corporation,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. jur. G. Hoepffner, Rechtsanwalt,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Winthrop M. Leeds, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 30. September 1964
(400 366)

Seite des Kolbens abwechselnd mit einem Druckmittel belastet und von diesem entlastet wird. Hierbei kann es zweckmäßig sein, in den dem Saugkolben zugeordneten Zylinder in an sich bekannter Weise eine Ausschaltfeder vorzusehen, die bei Entlastung vom Druckmittel den Kolben bewegt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß in einer Schaltkammer ein bestimmtes Löschgasvolumen mit einem verhältnismäßig hohen Druck eingeschlossen wird, das auf den Saugkolben eine bestimmte Kraft ausübt und diesen in Bewegung setzt, wenn der Kolben vom Druckmittel entlastet wird. Zweckmäßig beträgt das Löschgasvolumen in einer solchen geschlossenen Schaltkammer ein Mehrfaches des dem Saugkolben zugeordneten Zylindervolumens, damit beim Schaltvorgang nur ein geringer Druckabfall entsteht. Man kann die beiden genannten Antriebsmöglichkeiten auch kombinieren.

Zur Betätigung des Schalters wird vorzugsweise ein billiges Antriebsmittel, wie Druckluft, verwendet. Eine hohe Schaltleistung erhält man dagegen mit einem elektronegativen Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid (SF₆) als Löschmittel. Die für diesen Fall im Schalter vorhandenen beiden Gasräume kann man

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mit Vorteil durch eine Membran gegeneinander abdichten, die mit geringem Aufwand die erforderliche Dichtigkeit ergibt und nur geringe Reibungsverluste zur Folge hat. Die Druckluft zur Betätigung des Saugkolbens kann man einem Druckluftbehältef entnehmen, der als Träger.einer Schaltkammer dient. Dadurch kann man die üblicherweise große mechanische Festigkeit des Druckluftbehälters zur Erzielung eines stabilen Schalteraufbaus ausnutzen. Zu dent einfachen Aufbau der Schaltereinrichtung kommt dann ein ähnlich einfacher Aufbau der anderen Schalterteile, so daß man durch die Erfindung insgesamt einen sehr preiswerten Schalter für kleine bis mittlere Leistungen erhält.

"Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines Gasschalters gemäß der Erfindung,

F i g. 2 einen Teilschnitt in Längsrichtung in beträchtlich vergrößertem Maßstab. Er führt durch die obere Löscheinrichtung des Schalters gemäß Fig. 1; die Schaltstücke sind in der Einsehaltstellung dargestellt; .

F i g. 3 ist ein Vertikalschnitt längs der Linie ΙΠ-ΙΙΙ der Fig. 2;

F i g. 4 zeigt eine Abwandlung der Löscheinrichtung nach Fig. 2,· bei der zwei Antriebskolben verwendet werden; die Schaltstücke sind wiederum in der Einschaltstellung gezeichnet;

Fig.5 ist ein Teilschnitt in vertikaler Richtung durch eine abgewandelte Löscheinrichtung, deren Schaltstücke in der Einschaltstellung dargestellt sind;

F i g. 6 ist ein Teilschniit. Er zeigt die Anwendung eines Widerstandes bei der Löschemrichtüüg nach F i g. 5, durch den Stromkreise mit relativ hoher Anstiegsgeschwindigkeit der wiederkehrenden Spannung unterbrochen werden können.

In den Zeichnungen insbesondere in Fig. 1, ist mit 1 als Ganzes ein Druckgasschalter bezeichnet. Er besitzt eine untere Grundplatte 2, einen aufrecht stehenden zylindrischen Druckgasbehälter 3 und eine Löscheinrichtung, die als Ganzes mit 4 bezeichnet ist. Die Löscheinrichtung 4 umfaßt ein mittleres, geerdetes Metallgehäuse 5 mit zwei von diesem sich seitwärts erstreckenden Stromwandlern 6, 7. Ferner trägt das mittlere Metallgehäuse 5 ein seitlich angebrachtes Isolierstoffgehäuse 9j an dessen Ende eine Anschlußklemme iÖ vorgesehen ist. In der entgegengesetzten Richtung erstreckt sich von der anderen Seite des Metallgehäuses 5 aus ein zweites wetterfestes Isolierstoffgehäuse 12 mit einer Anschlußklemme 13 am äußeren Ende. Eine Leitung L₁ kann an der Anschlußklemme 13 befestigt sein, wie an sich bekannt ist.

. An der Anschlußklemme 13 ist ein feststehender Kontaktstift 15 angebracht der sich in Längsrichtung axial durch die Mitte des Isolierstoffgehäüses erstreckt. Am rechten Ende des Kontaktstiftes 15 sitzt das feststehende Schaltstück (F i g. 2), das als Ganzes mit 17 bezeichnet ist. Es umfaßt mehrere am Umfang angeordnete federnde Kontaktfiriger 18, die mit Schrauben 19 am Umfang des feststehenden Kontaktstiftes 15 befestigt sind. Wie zu sehen ist, besitzt der Kontaktstift 15 einen Teil 20 verringerten Durchmessers, der ein Lichtbogenhorn bildet. Das Lichtbogenhorn erstreckt sich in das Innere eines hohlen beweglichen Schaltstiftes 22, äer an einem Kolben 23 befestigt ist. Der Kolbert wird durch eine Druckfeder 25 in Ausschaltrichtung nach rechts vorgespannt.

. Mit dem hohlen? bewegliehen Sehaltstift 22 steht ein Gleitsehältstück .28 in Berüjifüng, das mehrere am Umfang angeordnete Kontäktfinger 30 aufweist, die durch Druckfedern 31 angepreßt werden. Die Druckfedern 31 sitzefi in den Unterteilen 30 a der benachbarten Kontaktfinger 30. Wie dargestellt, sind

ίο die Kontaktfinger 30 in einem im wesentlichen zylindrischen Kontaktgehäuse 33 angeordnet, das mit Hilfe geeigneter, nicht dargestellter Mittel an einem metallisch leitenden Zylinder 35 .befestigt ist. Der Zylinder 35 besitzt einen sich radial nach außen erstreckenden Befestigungsflänsch 36 an seinem rechten Ende, wie in F i g. 2 zu sehen ist. Mit diesem Flansch wird der Zylinder 35 in der richtigen Stellung mit Hilfe von mehreren Befestigungsschrauben 37 gehalten, die sich in Saekl6cher38 eines Befestigungs-

flansches 39 erstrecken. Der Flansch 39 ist an dem rechten Ende 9 α des wetterfesten keramischen Gehäuses 9, z. B. mit Hilfe von Blei, befestigt.

Wie später näher erläutert wird, ist der Bereich 40 auf der Rückseite des Kolbens 23 zuweilen mit Hoehdruck beaufschlagt. Er kann aber auch atmosphärischen Druck aufweisen. Der Hochdruck wird durch die Zufuhr von Hochdruckgas aus dem Druckluftspeicherbehälter 3 bewirkt. Der Bereich 42 im Innern der Löscheinrichtung 5 ist dagegen ständig abgeschlossen und mit einem geeigneten Gas, z.B.

. Schwefelhexafluorid (SF₆) gefüllt. Dieses Gas kann einen Druck von beispielsweise 3,5 bis 5 at aufweisen. Mithin ist keinerlei Verbindung zwischen den Bereiehen 4Ö...und 42 erwünscht, und deshalb ist eine

flexible Dichtung 43 vorgesehen, z. B. ein Membran 45. Wie in Fig. 2 dargestellt ist; ist die Membran zurückgefaltet, wie für derartige Einrichtungen zulässig: Sie stellt mithin eine Abröllmembran dar, wie in der amerikanischen Patentschrift 2 849 026 beschrieben ist. Eine derartige Membran ergibt eine

bessere. Abdichtung als durch Verwendung von Rundschnürringen möglich wäre, die mit dem Kolben 23 gleiten.

Wie zu sehen ist, erzeugt die nach rechts gerichtete

Aüsschaltbewegüng des Kolbens 23 und des mit diesem verbundenen hohlen Schaltstiftes 22 einen Unterdruck im Raum 48 vor dem Kolben 23. Da der Schaltstift 22 mit Verbindungsöffnungen 22 a versehen istj wird durch den Unterdruck Schwefelhekaflüörid in den Hohlraum des Schaltstiftes 22 und den Bereich 48 bei der Aüsschaltbewegüng hineingesaugt.

Zum Einschalten und zum Spannen der Ausschaltfeder 25 ist ein pneumatischer Antrieb vorgesehen;

Er umfaßt ein Steuerventil 50 nach Art eines Dreiwegehahnes, das drehbar in einem abgekröpften Teil 51 angeordnet ist, der am Behälterkopf 52 befestigt ist. Eine Drehung des Steuerventils 50 entgegen dem Uhrzeigersinn, die über einen Verbindungshebel 53 und eine vertikal verlaufende Stange 54 durch die Erregung einer Spule 56 bewirkt wird, gestattet den Zutritt eines Druckmittels, z. B. Druckluft, mit einem Druck von 7 ät. Das Druckmittel strömt dabei durch eine Isolierstoffleitung 58 in den Bereich 40 vor der Rückseite des Antriebskolbehs 23. Der Eintritt des Druckmittels veranläßt den Kolben 23 zu einer nach links gerichteten Bewegung in Einschaltrichtung. Der Schaltstift 22 kömmt dadurch mit dem feststehenden

Schaltstück 17 in Berührung, so daß der Stromkreis geschlossen ist. Zugleich wird die Ausschaltfeder 25 gespannt.

Zum Festhalten des Schalters in der Einschaltstellung ist vorzugsweise eine Klinke 60 vorgesehen, die einen schwenkbaren Klinkenhebel 61 mit einer Nase 62 umfaßt. Die Nase greift hinter einen Vorsprung 54a der vertikal verlaufenden Betätigungsstange 54. Die Erregung einer Auslegespule 64 bewirkt das Lösen der Klinke 61. Dies ermöglicht einer Druckfeder 66, die Ventilbetätigungsstange 54 nach oben zu drücken, so daß der Dreiwegehahn 50 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Dies ergibt eine Verbindung zwischen der Isolierstoffleitung 58 und einer Auslaßöffnung 68, die zu einem Niederdruckbereich, z. B. ins Freie, führt.

Bei gewöhnlichen Blasschaltern mit SF₆ wird eine Gasströmung durch Kolbenwirkung erzeugt, wobei das Gas in den Lichtbogen zwischen den sich trennenden Schaltstücken innerhalb einer Isolierstoffdüse geblasen wird. Die Isolierstoffdüse besteht aus geeignetem Isoliermaterial, z. B. aus Polytetrafluoräthylen. Die Wirksamkeit derart üblicher Blasschalter ist durch den Spannungszusammenbruch begrenzt, der durch Kriechpfade längs der Isolierstoffflächen ausgelöst wird, die parallel zu der hochbeanspruchten Trennstrecke des Schalters verlaufen. Der beschriebene Schalter befaßt sich insbesondere mit der Anordnung des Kolbens auf der Abströmseite der den Lichtbogen ziehenden Schaltstücke, so daß die Bewegung des Kolbens 23 den Druck innerhalb des hohlen, beweglichen Schaltstiftes 22 verringert und der durch den Lichtbogen führende Gasstrom erfindungsgemäß durch den beweglichen Schaltstift geführt wird, ohne daß eine Isolierstoffdüse benötigt wird, die die Trennstrecke ganz oder zum Teil überbrückt. Je höher dabei der anfängliche Gasdruck im Gehäuse 5 ist, um so besser sind die Ergebnisse. Deshalb wird ein Druck von 3,5 bis etwa 5 at für das Schwefelhexafluorid (SF₆) empfohlen.

Während der Kolben 23 in irgendeiner Weise, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch, betätigt werden kann, ist bei einer bevorzugten Anordnung, wie dargestellt, Druckluft am Kolben 23 vorhanden, die von dem SF₆-GaS durch die Membran 45 getrennt ist. Der Einfachheit halber werden die Poleinheiten des Schalters von dem zylindrischen Behälter 2 getragen, der für die pneumatische Betätigung verwendet wird. Die Leistungsschaltstücke werden, wie gezeigt, in der Einschaltstellung durch den Druck der Druckluft im Bereich 40 gehalten. Dieser Druck muß höher sein als der SF₆-Druck. Er kann beispielsweise 7 at betragen. Wenn das Steuerventil 50 diese Druckluft durch die Auslaßöffnung 68 ins Freie entläßt, ergibt die kombinierte Wirkung der Beschleunigungsfeder 25 und des SF₆-Gasdruckes auf den Kolben 23 eine schnelle Öffnung der Schaltstücke 17, 22. Zugleich wird SF₆-GaS durch den hohlen, beweglichen Schaltstift 22 in den Raum 48 am Kolben 23 gesaugt. Bei der Einschaltbewegung wird, wenn das Steuerventil 50 den Zutritt von Druckluft in den Raum 40 gestattet, der Kolben 23 in die Einschaltstellung gebracht. Dabei wird SF₆-GaS in Bewegung gesetzt. Es wird durch den hohlen, beweglichen Schaltstift 22 oder durch die Rückschlagventile 70 zurückgefördert.

F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Form der Löscheinrichtung, die als Ganzes mit 72 bezeichnet ist. Sie umfaßt in an sich bekannter Weise ein zweites hohles, bewegliches Schaltstück 73, dem ein Kolben 74 zugeordnet ist. Die Betätigung des Kolbens ist identisch mit der vorher beschriebenen Betätigung des Kolbens 23. Der Kolben 74 ist zusätzlich vorgesehen, um im Bereich 76 einen Unterdruck zu erzeugen, durch den SF₆-GaS in das Innere 78 das Schaltstiftes 73 gesaugt wird. Als Ergebnis erhält man bei diesem Schalter, daß beim Ausschalten der Löscheinrichtung 72 zwei entgegengerichtete Strömungen aus dem Bereich 42

ίο durch die beiden hohlen Schaltstifte 22,73 in die Räume 48 und 76 entstehen. Dabei muß eine zusätzliche Isolierstoffleitung 58 vorgesehen sein, die zu dem Steuerventil 50 führt, so daß die Betätigung des Steuerventils die gleichzeitige Ausschalt- und Einschaltbewegung beider Kolben 23 und 74 zur Folge hat.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Bauweise, bei der in an sich bekannter Weise zwei in Reihe liegende Unterbrechungsstellen 81, 82 vorgesehen sind. Zu diesem Zweck wird eine zentrale, feststehende Schaltstückanordnung 90 verwendet, die im Innern des geerdeten Metallgehäuses 5 vom Isolierstoffspeicher 92 getragen wird. Die feststehende Schaltstückanordnung 90 besitzt zwei Kontaktfingeranordnungen 95 und zwei entgegengesetzt gerichtete Lichtbogenhörner 96. Die beweglichen Schaltstücke 97 sind vorzugsweise so ausgebildet, wie im Zusammenhang mit F i g. 4 beschrieben wurde, d. h. jedes besitzt einen eigenen Betätigungskolben 23, 74, um das Löschmittel bei der Ausschaltbewegung anzusaugen.

Es ist mithin ersichtlich, daß bei der abgewandelten Ausführungsform nach F i g. 5 zwei in Reihe liegende Unterbrechungsstellen vorhanden sind, so daß höhere Spannungen bewältigt werden können.

F i g. 6 zeigt eine abgewandelte Bauweise ähnlich der im Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen. Jedoch wird dabei in an sich bekannter Weise ein Parallelwiderstand R parallel zum feststehenden Schaltstück 90 einerseits und einem der zwei hohlen Schaltstifte 97 andererseits angeordnet. Vorzugsweise ist die Kontaktüberdeckung der zweiten Unterbrechungsstelle 82 größer als die der Reihenschaltstrecke 81, so daß die erste Schaltstrecke 81 vor dem Öffnen der zweiten Schaltstrecke 82 geöffnet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Anordnung mit nacheinander öffnenden Schaltstrecken, wie gerade beschrieben, beschränkt. Sie kann auch dort angewendet werden, wo beide Schaltstrecken 81 und 82 zugleich öffnen.

Die Verwendung des Parallelwiderstandes R mit einem Widerstandswert verhältnismäßig geringer Größe senkt die Anstiegsgeschwindigkeit der wiederkehrenden Spannung, wie an sich bekannt ist. Außerdem wird der Leistungsfaktor verbessert und der Strom der zweiten Schaltstrecke 82 verringert. Eine derartige Löscheinrichtung 99 ist mithin besonders wirksam bei Stromkreisen mit hohen Anstiegsgeschwindigkeiten der wiederkehrenden Spannung.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird ersichtlieh, daß eine verbesserte Löscheinrichtung geschaffen wurde, bei der eine Löschmittelströmung in Richtung vom Lichtbogen weg mit Hilfe eines Saugkolbens hervorgerufen wird. Diese Löschmittelströmung ergibt eine wirksame Lichtbogenlöschung bei einem Gasschalter. Bei der neuen Anordnung werden keine Isolierstoffdüsen benötigt, an denen Kriechpfade bei sehr hohen Spannungen auftreten können. Außerdem wird die Erzeugung der Gasströmung durch eine Feder-

wirkung hervorgerufen. Die Feder wird beim Einschalten mit Hilfe eines verhältnismäßig billigen Antriebsmittels, z. B. mit Druckluft, gespannt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrischer Schalter mit Beblasung des Ausschaltlichtbogens durch eine Gasströmung, die mit einem Saugkolben erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmung beim Ausschalten in an sich bekannter Weise in das hohle bewegliche Schaltstück hinein verläuft.

2. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkolben als Antriebsglied verwendet wird.

3. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Ausschaltfeder in dem den Saugkolben zugeordneten Zylinder.

4. Elektrischer Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3 mit Druckluft als Antriebsmittel und einem elektronegativen Gas, insbesondere Schwefelhexa-

fluorid (SF₆), als Löschmittel, gekennzeichnet durch eine Membran zur Abdichtung der beiden Gasräume.

5. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkolben mit Druckluft betätigt wird, die in bekannter Weise einem als Träger einer Schaltkammer dienenden Druckluftbehälter entnommen wird.

6. Elektrischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem in einer Schaltkammer eingeschlossenen Löschgasvolumen, dadurch gekennzeichnet, daß das Löschgasvolumen ein Mehrfaches des dem Saugkolben zugeordneten Zylindervolumens beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschriften Nr. 296 565,
012, 323 139;
britische Patentschriften Nr. 700 491, 713 798.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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