DE3803117A1 - Stromunterbrecher fuer mit einem isoliergas gefuellte, gekapselte schaltanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromunterbrecher für mit einem Isoliergas gefüllte, gekapselte Schaltanlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Stromunterbrecher der genannten Art ist in DE-AS 11 32 622 angegeben. Der dort beschriebene Druck­ luftschalter besteht aus einem Haupttrennmesserpaar und einem doppelschenkligen Hilfstrennmesser, beide sind in einem gemeinsamen Drehpunkt gelagert. Das Hilfstrenn­ messer trägt eine Löschkammer und ist mit einem Falten­ balg so verbunden, daß die in letzterem während der Aus­ schaltbewegung komprimierte Luft in die Löschkammer strömt und den zwischen den seitlich in die Kammer ragenden Stif­ ten und dem ortsfesten Kontakt brennenden Lichtbogen be­ bläst. Der Faltenbalg ist dabei durch ein längsverschieb­ liches, mit einer Innenbohrung versehenes Führungsteil als Stützkonstruktion gehalten, das sein erstes Widerlager in einem zum Drehpunkt der Trennmesser exzentrisch angeord­ neten Festpunkt und sein zweites Widerlager in einem zur Löschkammer gehörenden Drehgelenk hat. Bei einer Aus­ schaltbewegung trennt zuerst das Haupttrennmesser und nimmt im weiteren Verlauf das Hilfstrennmesser mit der Löschkammer mit, wobei beide Trennmesser mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit geschwenkt werden. Dabei strömt die durch das Zusammenschieben des Faltenbalges komprimierte Luft in die Löschkammer zur Beblasung der Hilfsschaltstelle.

In dem bekannten Druckluftschalter wird Luft als Lösch­ mittel eingesetzt. Im Vergleich zu einem hochwertigen Isoliergas, z.B. SF6, verlangt dies für die erfolgreiche Unterbrechung von Strömen in Mittelspannungsnetzen eine große Stromungsgeschwindigkeit der Luft, die über eine ent­ sprechend große Verdichtung während der Ausschaltbewegung erzeugt werden muß. In dem bekannten Schalter wird die Ver­ dichtung durch die Zusammendrückung eines Faltenbalgs er­ reicht. Die Höhe des Kompressionsdruckes wird dabei durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der der Faltenbalg zu­ sammengedrückt wird.

Da während der Kompressionsphase auch gleichzeitig die Be­ wegung der Haupt- und Hilfstrennmesser stattfindet, wird für die erfolgreiche Stromunterbrechung somit eine ver­ hältnismäßig große Antriebsleistung benötigt.

Bei dem bekannten Schalter wird außerdem durch die Anordnung des Faltenbalgs hinter den beiden Trenn­ messern in Verbindung mit einem zusätzlichen Festpunkt viel Platz benötigt. Die Stützkonstruktion für den Faltenbalg und die Dichtung am Drehgelenk derselben bedeuten darüber hinaus einen zusätzlichen Aufwand.

Beim Unterbrechungsvorgang erfolgt innerhalb der Lösch­ kammer eine achsiale Beblasung des Bogens, was einen hohen Spannungsgradienten zur Folge hat. Die Ausführung des bekannten Schalters sieht in Höhe des Austritts aus der Löschkammer die beiden spannungsführenden Haupttrenn­ messer und das ebenfalls spannungsführende Hilfstrenn­ messer vor. Diese Teile werden vom Luftstrom nicht erreicht und haben somit gegenüber dem ortsfesten Schaltstift eine geringere Spannungsfestigkeit als die Lichtbogenstrecke, was während der Lichtbogenzeit zu Sekundärzündungen an den genannten Teilen und zum Versagen des Schalters führen kann.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Strom­ unterbrecher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der bei minimaler mechanischer Antriebs­ leistung und einfachem Aufbau ein großes Schaltvermögen auch bei höheren Spannungen mittels einer selbsterzeug­ ten Gasströmung aufweist. Der Stromunterbrecher soll dabei in Verbindung mit einem hochwertigen Isoliergas, wie SF6 oder einer von deren Mischungen, auch als Leistungsschalter Verwendung finden können.

Zur Lösung der Aufgabe ist ein Stromunterbrecher der ge­ nannten Art mit folgenden Merkmalen vorgesehen:

• - der Blasebalg (8) ist mit jeweils einer seiner beiden offenen Stirnseiten dichtschließend mit dem Haupt- bzw. dem Hilfsschaltglied (1, 3) verbunden,
• - der Blasebalg (8) erstreckt sich senkrecht zur Kom­ pressionsrichtung nahezu über die gesamte Länge (L) des jeweils kürzeren Schaltgliedes (1, 3),
• - die mit dem Blasebalg (8) in geradliniger Strö­ mungsverbindung stehende Düse (9) aus Isolierstoff weist in ihrem Inneren einen Lichtbogenkontakt (17) auf,
• - die Mündung (24) der Düse (9) ist vom nächsten außen­ liegenden spannungsführenden Teil (5, 3) um ein von der Höhe der Nennspannung abhängiges Maß (M) entfernt, und
• - die Öffnungsbewegung des Hilfsschaltgliedes (3) beginnt nach Aufhebung einer Verrastung und erfolgt unter der Wirkung eines während der Öffnungsbe­ wegung des Hauptschaltgliedes (1) aufgeladenen Federspeichers.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, einen Blasebalg mit relativ großem Pumpvolumen zwischen das Haupt- und das Hilfsschaltglied in vorteilhafter Weise ohne besondere Stütz- oder Führungsteile einzusetzen und mit Hilfe von nacheinander stattfindenden Bewegungen der Schaltglieder die Antriebsleistung zu minimieren. Demnach wird bei einem Unterbrechungsvorgang zunächst das Hauptschaltglied strom­ los geöffnet, Isoliergas in das sich vergrößernde Volumen des Blasebalgs gesaugt und ein Federspeicher gespannt. Die­ ser Bewegungsabschnitt kann beliebig langsam erfolgen, da noch kein Lichtbogen brennt. Erst gegen Ende dieses Ab­ schnitts beginnt nach Aufhebung einer Verrastung die Be­ wegung des Hilfsschaltgliedes unter der Wirkung des Feder­ speichers. Der dabei entstehende Lichtbogen wird durch das vom Blasebalg geförderte Isoliergas zumindest innerhalb der Düse achsial beblasen, wobei durch besondere Maß­ nahmen Rückzündungen zu in der Nähe befindlichen anderen spannungsführenden Teilen verhindert werden. Die Unter­ brechung erfolgt im ersten Stromnulldurchgang des Licht­ bogens.

Aus der DAS 10 65 504 ist ein Schalter mit elektromagne­ tischem Blasfeld bekannt geworden, bei dem ein Blasebalg zwischen den Hauptkontakten und einem Hilfsmesserpaar eingebaut ist, der den Lichtbogen mittels einer Düse während des Öffnungsvorgangs von den Schaltkontakten in die magnetische Blaskammer treiben soll. Das Hilfsmesser­ paar wirkt während des gesamten Unterbrechungsvorgangs als feste Verbindung der Magnetkammer mit dem Drehpunkt­ kontakt, es stellt danach als Trennschalter eine Trenn­ strecke her und verhindert so Rückzündungen längs der thermisch hochbelasteten Wände der Magnetkammer.

Die erforderliche Antriebsleistung für diesen bekannten Schalter ist deswegen nicht sehr groß, weil die vom Blase­ balg erzeugte Luftströmung nicht zur Löschung von Schalt­ lichtbögen, sondern nur zur Kommutierung derselben auf die Elektroden der Löschkammer verwendet wird. Das Volumen des Blasebalgs ist also relativ klein. Die Antriebsleistung muß andererseits aber ausreichen, um neben dem Kompressions­ vorgang der Luft auch noch die erforderliche Öffnungsge­ schwindigkeit der realtiv schweren, die volle Stromtrag­ fähigkeit aufweisenden Hauptkontakte sicherzustellen.

In der DE-PS 9 46 638 ist ein Schubtrennschalter mit einer Einrichtung für zusätzliche Lastabschaltungen beschrieben. Die Lichtbogenlöschung wird dabei hauptsächlich mittels durch Lichtbogeneinwirkung gasabgebende Werkstoffe herbeigeführt. Zur Unterbrechung sehr kleiner Leerlauf­ ströme ist die Gasabgabe jedoch unwirksam. Deshalb ist zu­ sätzlich in dem hohlen Hauptschaltstift ein Hilfsstift mit Düse und Kolben vorgesehen, der während des Unter­ brechungsvorgangs zunächst mit einem Gegenkontakt ver­ rastet ist. Nach Aufhebung der Verrastung gleitet er unter der Wirkung einer vorher gespannten Feder zurück und be­ bläst dabei den zwischen der Düse und dem Gegenkontakt ent­ standenen Lichtbogen. Da in dem bekannten Schalter die Kom­ pressionseinrichtung nur zur Unterbrechung sehr kleiner Ströme eingesetzt wird, genügt das geringe hauptsächlich durch den Innendurchmesser des Hauptschaltstifts be­ stimmte Volumen.

Eine Vergrößerung desselben hätte auch eine unerwünschte Vergrößerung und Verteuerung der Abmessungen des Haupt­ schaltstiftes und der restlichen Strombahnteile zur Folge.

Nachteilig ist auch, daß die Düse gleichzeitig als Abreiß­ kontakt ausgeführt ist und vom ortsfesten Gegenkontakt am Düsenumfang berührt wird. Die durch die Düsenbohrung strö­ mende Luft erfaßt also den Lichtbogen nicht in seinem vollen Querschnitt, letzterer kann vielmehr ausweichen und sich dem entionisierenden Luftstrom entziehen.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Schalters besteht darin, daß kein definierter Stromübergang zwischen dem Hauptschaltstift und dem Hilfstift vorgesehen ist. Das hat die Entstehung von Schmelzperlen auch bei nur weni­ gen Millisekunden dauernden Strombelastungen während des Unterbrechungsvorgangs zur Folge.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungsidee sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die folgenden Zeichnungen verwiesen, die im einzelnen dar­ stellen:

Fig. 1 Längsschnitt durch Stromunterbrecher im geschlossenen Zustand.

Fig. 2 Stromunterbrecher gegen Ende der Ansaugphase des Blasebalgs, Hilfsschaltglied kurz vor Auf­ hebung der Verrastung.

Fig. 3 Stromunterbrecher während der Lichtbogenphase, Lichtbogen wird mit Isoliergas aus dem Blasebalg beblasen.

Fig. 4 Schnitt A-B zur Fig. 2.

Fig. 5 Ansicht in Richtung C auf den Stromunterbrecher.

In Fig. 1 ist das Hauptschaltglied 1, das gemäß Fig. 5 aus zwei parallelen Schaltmessern 21 besteht, mit seinem ortsfesten Gegenkontakt 2 und das Hilfsschaltglied 3 mit dem ortsfesten Lichtbogenkontakt 4 in Eingriff. Der Stromunterbrecher befindet sich dabei in der mit I mar­ kierten geschlossenen Betriebsstellung. Der Lichtbogen­ kontakt 4 arbeitet mit einem zweiteiligen federnd ausge­ bildeten, drahtförmigen Leiter 5 a, 5 b zusammen, über den in dieser Betriebsstellung nur ein kleiner Teil des Gesamt­ stromes von der auf der Achse 10 gelagerten Buchse 6 zur mit einem Absatz 23 versehenen Spitze 7 des Lichtbogenkon­ takts 4 fließt. (Fig. 4).

Um die Spitze 7 und den wesentlichen Teil des Lichtbogen­ kontakts 4 ist die mit dem Blasebalg 8 in geradliniger Strömungsverbindung stehende Düse 9 aus Isolierstoff angeordnet. Der Blasebalg 8 erstreckt sich nahezu über die gesamte wirksame Länge L der Schaltglieder 1 und 3 und ist mit der einen Stirnseite an der Fläche 22 des Hilfsschaltglieds 3 und mit der anderen Stirnseite an einer mit dem Hauptschaltglied 1 schwenkenden Platte 11 dichtschließend verbunden. Die Düse 9 ragt mit ihrer Mün­ dung 24 um das Maß M über die spannungsführenden Teile des Hilfsschaltgliedes 3 bzw. über die drahtförmigen Lei­ ter 5 a, 5 b hinaus. Als Federspeicher ist eine um die Buchse 6 der Achse 10 gewickelte Biegefeder 12 vorgesehen, deren Arme 12 a und 12 b sich jeweils auf dem Hilfsschaltglied 3 bzw. auf der Platte 11 abstützen. Die Schaltbewegung wird vom Schalterantrieb über ein nicht dargestelltes Gestänge auf den Hebelarm 13 des Hauptschaltgliedes 1 übertragen.

In Fig. 2 ist das Hauptschaltglied 1 aus der geschlossenen Stellung I heraus geschwenkt und von seinem Gegenkontakt 2 getrennt worden, während das Hilfsschaltglied 3 mit dem Lichtbogenkontakt 4 noch verrastet ist und so kurzzeitig die leitende Verbindung über den drahtförmigen Leiter 5 herstellt. Bei dieser Bewegung wird die Biegefeder 12 gespannt und der Blasebalg 8 mit Löschgas gefüllt. Die Füllung erfolgt vorteilhaft und sehr wirksam über das Plattenventil 14. Wenn das Hauptschaltglied die Stellung erreicht, wird die Verrastung zwischen dem Leiter 5 und der Spitze 7 zwangsläufig aufgehoben. Die beiden Enden 5 a, 5 b des Leiters 5 weichen nach außen im Pfeilrichtung aus und geben so der Spitze 7 des Gegenkontaktes 4 einen Durchlaß (Fig. 4). Die Mitnahme des Hilfsschaltgliedes 3 durch das Hauptschaltglied 1 erfolgt dabei entweder durch die ge­ streckten Wände 15 des Blasebalgs 8 oder durch eine andere zusätzliche Mitnehmervorrichtung (nicht gezeichnet).

In Fig. 3 hat das Hauptschaltglied 1 nahezu die geöff­ nete Stellung III erreicht, während das Hilfsschalt­ glied 3 unter der Wirkung der Biegefeder 12 mit großer Geschwindigkeit diesem nacheilt. Der Lichbogen 16 ent­ steht zunächst zwischen den Leitern 5 a und 5 b und der Spitze 7 des ortsfesten Lichtbogenkontakts 4, der eine Fußpunkt springt jedoch sehr bald unter der Wirkung des mit der Geschwindigkeit V _G ausströmenden Gases auf den innerhalb der Düse 9 angeordneten Lichtbogenkontakt 17, der mit dem Hilfsschaltglied 3 leitend verbunden ist.

Der Lichtbogen 16 brennt zumindest mit einem Teil seiner Länge immer innerhalb der Düse 9 und wird dabei einer sehr wirksamen, achsialen Strömung ausgesetzt, was in diesem Bogenabschnitt einen hohen Spannungsgradien­ ten zur Folge hat.

Durch die Form der Düse 9, insbesondere das Maß M, zwischen deren Mündung 24 und den spannungsführenden Teilen 3 bzw.5 wird eine Neuzündung des Bogens 16 zu dem Leiter 5 oder dem Hilfsschaltglied 3 vermieden. Bei größeren Betriebs­ spannungen können diese Teile erfindungsgemäß auch noch durch eine Isolierhaube 18 abgedeckt werden.

Der Kompressionsdruck innerhalb des Blasebalgs 8 und somit die Strömungsgeschwindigkeit v _G in der Düse 9 wird von der Differenz der Schaltgeschwindigkeit der beiden Schaltglieder 1, 3 bestimmt. Während der Kompressions­ phase ist das Plattenventil 14 geschlossen.

Liste der Bezugszeichen

 1 Hauptschaltglied
 2 Gegenkontakt zu 1
 3 Hilfsschaltglied
 4 Ortsfester Lichtbogenkontakt
 5 Drahtförmiger Leiter
5 a, 5 b Enden von Leiter 5
 6 Buchse
 7 Spitze von Lichtbogenkontakt 4
 8 Blasebalg
 9 Düse
10 Achse
11 Platte
12 Biegefeder
12 a, 12 b Arme der Biegefeder
13 Hebelarm
14 Plattenventil
15 Wand des Blasebalgs 8
16 Lichtbogen
17 Lichtbogenkontakt
18 Isolierhaube
21 Schaltmesser
22 Fläche
23 Absatz
24 Mündung der Düse

Claims (15)

1. Stromunterbrecher für mit einem Isoliergas gefüllte, gekapselte Schaltanlagen mit

• - einem schwenkbaren, stromlos öffnenden Hauptschalt­ glied,
• - einem mit einem Lichtbogenkontakt ausgerüsteten schwenkbaren Hilfsschaltglied und
• - einem Blasebalg, der während der Stromunterbrechung Isoliergas durch eine Düse in die Lichtbogenstrecke fördert,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - der Blasebalg (8) ist mit jeweils einer seiner beiden offenen Stirnseiten dichtschließend mit dem Haupt- bzw. dem Hilfsschaltglied (1, 3) verbunden,
• - der Blasebalg (8) erstreckt sich senkrecht zur Kom­ pressionsrichtung nahezu über die gesamte Länge (L) des jeweils kürzeren Schaltgliedes (1, 3)
• - die mit dem Blasebalg (8) in geradliniger Strö­ mungsverbindung stehende Düse (9) aus Isolierstoff weist in ihrem Inneren einen Lichtbogenkontakt (17) auf,
• - die Mündung (24) der Düse (9) ist vom nächsten außenliegenden spannungsführenden Teil (5, 3) um ein von der Höhe der Nennspannung abhängiges Maß (M) entfernt, und
• - die Öffnungsbewegung des Hilfsschaltgliedes (3) beginnt nach Aufhebung einer Verrastung und erfolgt unter der Wirkung eines während der Öffnungsbe­ wegung des Hauptschaltgliedes (1) aufgeladenen Federspeichers.

2. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptschaltglied (1) aus zwei parallel aus­ gerichteten Schaltmessern (21) besteht, zwischen denen eine Platte (11) zur Verbindung mit der einen Stirn­ seite des Blasebalgs (8) vorgesehen ist.

3. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fläche (22) des Hilfsschaltgliedes (3) zur Verbindung mit der anderen Stirnseite des Blase­ balges (8) vorgesehen ist.

4. Stromunterbrecher nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen und geöffneten Zustand des Stromunterbrechers sich das Hilfsschaltmesser (3) und der Blasebalg (8) zwischen den Schaltmessern (21) be­ finden.

5. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer oder an beiden Stirnseiten des Blase­ balgs (8) Ansaugventile für das Isoliergas vorge­ sehen sind.

6. Stromunterbrecher nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Platte (11) ein oder mehrere Platten­ ventile (14) als Ansaugventile vorgesehen sind.

7. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verrastung durch einen am Hilfsschaltglied (3) befestigten elastischen Draht (5) erfolgt, der mit einem Absatz (23) des ortsfesten Lichtbogenkontakts (4) zu­ sammenwirkt.

8. Stromunterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb der Düse (9) angebrachte Lichtbogen­ kontakt (17) in leitender Verbindung mit dem Hilfs­ schaltglied (3) steht.

9. Stromunterbrecher nach einem oder mehreren den Ansprüchen 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsschaltglied (3) aus Isolierstoff besteht und der Draht (5) nach Aufhebung der Verrastung die elektrische Verbindung zum Lichtbogenkontakt (17) herstellt.

10. Stromunterbrecher nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verrastung durch Erreichung der Strecklage der Wände (15) des Blasebalgs (8) aufgehoben wird.

11. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltglieder (1, 3) auf einer gemein­ samen Achse (10) gelagert sind.

12. Stromunterbrecher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Federspeicher eine um die Achse (10) gewundene Biegefeder (12) eingesetzt ist.

13. Stromunterbrecher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierhaube (18) die der Mündung (24) der Düse (9) benachbarten spannungsführenden Teile (3, 5) abdeckt.

14. Stromunterbrecher nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Isoliergas SF6 oder eine Mischung mit SF6 vorgesehen ist.