DE3130366A1

DE3130366A1 - Gekapselter, ein isoliergas enthaltender hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE3130366A1
Application number: DE19813130366
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 5042 Hirschthal Krebs; Hermann 5722 Gränichen Lehner; Hubert 5036 Oberentfelden Spiegel; Hans-Rudolf Dipl.-Ing. Wüthrich
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1981-04-06
Filing date: 1981-07-31
Publication date: 1982-10-21
Also published as: CH653801A5; ATA12382A; AT378626B; FR2509521A1

Description

Gekapselter, ein Isoliergas enthaltender Hochspannungsschalter

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsschalter der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 definierten Gattung.

Ein solcher Schalter ist z.B. aus der DE-OS 25 07 163 (Int.Cl.jHOIH,33-80) bekannt. Dieser Schalter weist ein aus Isolierstoff gegossenes Gehäuse auf, in dem die beiden Nennstromelektroden praktisch über ihre gesamte Länge unmittelbar umgössen sind. Die in der Regel aus Kupfer bestehenden Nennstromelektroden weisen einen Wärme-

XO ausdehnungskoeffizienten auf, der von jenem des das Gehäuse bildenden Isolierstoffes verschieden ist. Dieser Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten kann bei . den bei solchen Schaltern unvermeidlichen thermischen Wechselbeanspruchungen zu Rissbildungen im Isolierstoff oder im Material der Nennstromelektroden selbst oder gar zum Ablösen des Isolierstoffes von den Nennstromelektroden führen. Die Folge davon sind

Glimmerscheinungen, die ihrerseits zu einer Ionisation des Isoliergases und damit zu einer Herabsetzung der elektrischen Festigkeit führen können.

Ausserdem ist beim bekannten Schalter der elektrische Kriechweg an der zwischen den beiden Nennstromelektroden gelegenen Innenseite des Isoliergehäuses vergleichsweise kurz. Dabei ist zu beachten, dass gerade bei solchen gekapselten Schaltern das Isoliergas nach Ausschaltung insbesondere hoher Ströme durch den Schaltlichtbogen erzeugte Metalldämpfe und andere Spaltprodukte aufnimmt, die gelegentlich kondensieren und sich irgendwo im Schalter ablagern, so auch an dem zwischen den Nennstromelektroden vorhandenen Teil der Innenwand des Isoliergehäuses. Diese Ablagerungen sind aber der Kriechfestigkeit gerade in diesem Teil der Innenwand sehr abträglich.

Bei diesem Stand der Technik ist es als ein Zweck der Erfindung anzusehen, einen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der praktisch ohne Vergrösserung seiner Aussenmasse geeignet ist, hohe Nennströme zu führen und abzuschalten, ohne dass die Gefahr der Rissbildung im Gehäuse und/oder in den Nennstromelektroden entstünde, wobei ausserdem die Kriechfestigkeit zwischen den Nennströmelektroden erhöht ist.

Zu diesem Zweck weist der vorgeschlagene Hochspannungsschalter die im Kennzeichnen des Anspruches 1 festgehaltenen Merkmale auf.
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Einzelheiten bevorzugter Ausführungsformen, die insbesondere

darauf gerichtet sind, die Kriechfestigkeit zwischen den Nennstromelektroden weiter zu verbessern, sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Schalters anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur dieser Zeichnung zeigt einen vereinfachten Axialschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Hochspannungsschalters in Einschaltstellung.

Der dargestellte Hochspannungsschalter 10 weist ein Isoliergehäuse 11 auf, das aus zwei an einer Stossfuge 12 dicht aneinandergefügten, aus einem Isolierstoff gegossenen Hohlkörpern 13, 14 aufgebaut ist. Im Hohlkörper 13 ist eine erste Anschlussdurchführung 15 fest eingegossen. Im Hohlkörper 14 ist eine zweite Anschlussdurchführung 16 fest eingegossen. Das in den Innenraum des Hohlkörpers 13 ragende Ende der ersten Anschlussdurchführung 15 trägt eine daran fest verankerte, rohrförmige Nennstromelektrode 17, die sich bis in die Nähe der Stossfuge 12 erstreckt.

Ebenso trägt das in den Innenraum des Hohlkörpers 14 ragende Ende der zweiten Anschlussdurchführung 16 eine daran fest verankerte, rohrförmige Nennstromelektrode 18 gleichen Durchmessers wie die Nennstromelektrode 17. Auch die Nenn-Stromelektrode 18 erstreckt sich bis in die Nähe der Stossfuge 12. Zwischen den einander zugekehrten, mit 19 bzw. bezeichneten Enden der Nennstromelektroden 17, 18 ist somit eine Schaltstrecke 21 vorhanden, die - wie noch näher zu beschreiben sein wird - mittels einer an den Innenseiten der Nennstromelektroden 17, 18 angreifenden Schaltbrücke

22 überbrückbar ist. Zwischen der Aussenseite der Nennstromelektrode 17 und der Innenseite des Hohlkörpers 13 ist ein Zwischen- oder Mantelraum 23 vorhanden, der in dem an die Schaltstrecke 21 angrenzenden Bereich der Nennstromelektrode 17 um deren gesamten Umfang verläuft. Ebenso ist zwischen der Innenseite des Hohlkörpers 14 und der Aussenseite der Nennstromelektrode 18 ein Zwischen- oder Mantelraum 24 vorhanden, der sich praktisch über die ganze Länge und um den ganzen Umfang der Nennstromelektrode 18 erstreckt.

In den Hohlkörper 14 erstreckt sich eine an eine nicht näher dargestellte Antriebseinheit gekoppelte Schwenkwelle^ 25* auf der eine Kurbel 26 sitzt. Am abstehenden Ende der Kurbel 26 ist mittels eines Kurbelzapfens 27 ein Pleuel angelenkt, der über einen Gelenkzapfen 29 gelenkig mit einem Ankopplungsstück 30 verbunden ist. Dieses Ankopplungsstück 30 ist an einem elektrisch leitenden Schaltbrückenträger 31 verankert, an dessen Umfang die einen Kranz federnder Kontaktfinger 32 aufweisende Schaltbrücke 22 befestigt ist. Mittig am Schaltbrückenträger 31 ist ein axial verlaufender, elektrisch leitender Stössel 33 befestigt, der seinerseits ein gleichachsiges, bewegliches Kontaktstück 34 trägt.

In der dargestellten Einschaltstellung schliesst das bewegliche Kontaktstück 34 eine Düse 35, die in einem Isolierstoffteil 36 befestigt ist. Dieses Isolierstoffteil 36 weist einen Umfangsflansch 37 auf, der dicht an der Innenseite der Nennstromelektrode 17 befestigt ist. Vom Umfangsflansch 37 geht einerseits ein Tragstutzen für die Düse

35 aus, andererseits ein rohrförmiger Schurz 39, der über das untere Ende 19 der Nennstromelektrode 17 hervorragt und die Schaltstrecke 21 überlappt. Damit ist durch das Isolierstoffteil 36 im Innenraum der Nennstromelektrode 17 eine Schaltkammer 4 0 begrenzt, während der unten offene Schurz 39 einen Ausblasraum 41 umfangsseitig so begrenzt, dass jener Teil der Innenfläche des Isoliergehäuses 11, der auf der Höhe der Schaltstrecke 21 liegt, praktisch abgedeckt oder abgeschirmt ist.

Das obere Ende der Nennstromelektrode 17 trägt ein metallisches Abschlussteil 42. Dieses einen mit Durchlässen 43 versehenen Boden 44 aufweisende Abschlussteil 42 weist eine nach unten ragende und offene, an ihrem freien Ende einen Abbrandring 45 tragende Kontakthülse 46 auf, die einen Kranz federnder Kontaktfinger 47 umschliesst, die in Einschaltstellung an der Aussenseite des beweglichen Kontaktstückes 34 angreifen. Der Abbrandring 45 sowie die Kontaktfinger 47 bilden somit einen Lichtbogenkontaktsatz.

Im Boden 44 ist eine zentrale Bohrung 48 ausgebildet, in welcher ein Stossei 49

aus einem Isolierstoff verschiebbar geführt ist. Das Abschlussteil 42 weist auch einen oben, offenen Zylinder auf, der einen Druckraum 51 umschliesst. Auf dem oberen Ende des Stössels 49 ist ein im Zylinder 50 verschiebbar gelagerter Pumpkolben 52 abgestützt, der seinerseits unter der Wirkung einer an der Innenseite der Stirnwand des Hohlkörpers 13 abgestützten Druckfeder 53 steht. Wie aus der Fig. deutlich ersichtlich ist, wird bei einem Einschalt-

hub der Kolben 52 durch das bewegliche Kontaktstück 34 über den Stössel 49 gegen die Wirkung der Druckfeder 53 nach oben gedrückt, so dass aus der Schaltkammer 40 über die Durchlässe 43 Löschgas in den Druckraum 51 angesaugt wird. Damit in Einschaltstellung bzw. beim Einschalthub die Druckverhältnisse im gesamten Innenraum des Gehäuses 11 ausgeglichen bleiben, ist im Umfangsflansch 37 ein zur Schaltkammer 40 hin öffnendes Rückschlagventil 54 eingebaut, das von dem den Schurz 39 umgebenden Raum ausgeht.

Bei einem Ausschalthub spielen sich folgende Vorgänge ab: Zunächst wird durch die Schal tbrücke 22 die elektrische Verbindung zwischen den Nennstromelektroden 17, 18 unterbunden. Sodann trennt sich das bewegliche Kontaktstück 34 von den Kontaktfingern 47, wodurch zwischen diesen beiden Elementen ein Schaltlichtbogen gezogen wird, der auf den Abbrandring 45 kommutiert, sobald das freie Ende des beweglichen Kontaktstückes 34 diesen verlässt. Dieser Schaltlichtbogen hat eine umso intensivere Druckerhöhung in der Schaltkammer 40 zur Folge, je höher der Ausschaltstrom ist. Sobald gegen Ende des Ausschalthubes das bewegliche Kontaktstück 34 die Oeffnung der Düse 35 freigibt, entlädt sich der in der Schaltkammer 40 entstandene Druck durch die Düse 35 in den Ausblasraum 41, womit eine kräftige Beblasung des Schaltlichtbogens einhergeht. Ist der abzuschaltende Strom vergleichsweise gering, dann sorgt der Kolben 52, der der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 34 folgt, für die erforderliche Druckerhöhung indem er weiteres Gas aus dem Druckraum 51 durch die Durchlässe 53 verdrängt.

Ist der abzuschaltende Strom dagegen vergleichsweise hoch,

so genügt zunächst die durch den Schaltlichtbogen allein hervorgerufene Druckerhöhung, um die Blasströmung durch die Blasdüse 35 zu speisen. Der Druckanstieg in der Schaltkammer 40 und damit auch im Druckraum 51 kann sogar so hoch sein, dass der Kolben 52 zunächst daran gehindert wird, der Bewegung des beweglichen Kontaktstückes 34 zu folgen. Erst wenn bei freigegebener Düse 35 der Druck sich allmählich verringert, beginnt der Kolben 52 unter der Wirkung der Druckfeder 53 seinen Pumphub, was eine Durchspülung der Schaltkammer 40 mit vergleichsweise reinem Isoliergas zur Folge hat. Dank dem Mantelraum 23 ist die dem Druckraum 51 abgekehrte Seite des Kolbens 52 stets in Verbindung mit dem Ausblasraum 41, so dass auf dieser Seite bei einem Pumphub kein diesen Pumphub hemmender Unterdruck entstehen kann.

Claims

Patentanwälte

130366

_D- 8000 München *

31. Juli 1981 Sprecher & Schuh AG, 5001 Aarau/Schweiz

PATENTANSPRUECHE

/l.j Gekapselter, ein Isoliergas enthaltender Hochspannungsschalter mit zwei rohrförmigen, gleichachsig in einem Isoliergehäuse (11) fest angeordneten und je mit in diesem vergossenen Anschlussdurchführungen (15, 16) verbundenen Nennstromelektroden (17, 18),die über eine an einen Antrieb gekoppelte Schaltbrücke(22) miteinander elektrisch verbindbar sind, mit einem koaxial in der einen Nennstromelektrode (17) fest angeordneten und mit diesem elektrisch verbundenen Lichtbogenkontaktsatz (45, 47), der mit einem mit der Schaltbrücke(22) elektrisch verbundenen und mit dieser mitbeweglichen Kontakt (34) zusammenwirkt, wobei ein bei einem Abschalthub unter Druck setzbarer Druckraum (51) vorgesehen ist, der mit einer Schaltkammer (40) in Verbindung steht und eine den zwischen dem Lichtbogenkontaktsatz (45, 47) und dem beweglichen Kontakt (34) durch eine Isolierstoffdüse (35) hindurchgezogenen Schaltlichtbogen beblasende Gasströmung unterstützt, dadurch gekenn-

10.3.1981 A 3828 CH

Sa:vm

zeichnet, dass zwischen den Aussenseiten der an den jeweiligen Anschlussdurchfühungen (15, 16) fest verankerten Nennstromelektroden (17, 18) und der Innenseite des Isoliergehäuses (11) zumindest im Anschluss an die zwischen den Nennstromelektroden (17, 18) vorhandene Schaltstrecke (21) ein einen Mantelraum (23, 24) bildender radialer Abstand vorhanden ist.
2. Hochspannungsschalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Einschaltstellung durch den beweglichen Kontakt (34) verschlossene Düse (35) mittels eines Isolierstoffteils (36) in der einen Nennstromelektrode (17) fest angeordnet ist, welches Isolierstoffteil die Schaltkammer (40) von der durch die Schaltbrücke(22) unmittelbar überbrückbaren Schaltstrecke (21) zwischen den Nennstromelektroden (17, 18) abtrennt.
3. Hochspannungsschalter nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstoffteil (36) einen zu den Nennstromelektroden (17, 18) koaxialen, rohrförmigen Schurz (39) aufweist, dessen der Düse (35) abgekehrtes Ende die Schaltstrecke (21) zwischen den Nennstromelektroden (17, 18) überlappt. . ■ '
4. Hochspannungsschalter nach Patentanspruch 1, bei dem der Druckraum (51) durch einen bei einem Einschalthub durch den beweglichen Kontakt (34) gegen die Wirkung einer Feder (53) in einem Pumpzylinder (50) verschiebbaren Kolben (52) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die derfl Druckraum (51) abgekehrte Seite des Kolbens (52) mit dem die eine

Nennstromelektrode (17) umgebenden Mantelraum (2 3) in StrömungsVerbindung steht.
5. Hochspannungsschalter nach den Patentansprüchen 3

und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolierstoffteil (36) mittels eines an ihm angeformten Umfangsflansches (37) in der einen Nennstromelektrode (17) befestigt ist, und dass in dem Umfangsflansch ein zur Schaltkammer (40) hin öffnendes Rückschlagventil (54) eingebaut ist. 10
6. Hochspannungsschalter nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (54) von dem den Schurz (39) umgebenden Raum ausgeht.