DE1230885B - Hochspannungsdruckgasschalter - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

HOIh

Deutsche KL: 21c-35/10

Nummer: 1 230 885

Aktenzeichen: A 52488 VIII d/21 c

Anmeldetag: 14. Mai 1966

Auslegetag: 22. Dezember 1966

Die Erfindung bezieht sich auf Druckgasschalter für Hochspannung, insbesondere eine Anordnung, mit der ein solcher Schalter sehr schnell ausgelöst werden kann, z. B. im Fall eines Kurzschlusses.

Wegen der ständig zunehmenden Kurzschlußleistungen in den meisten größeren Übertragungsnetzen für elektrische Energie hat es sich als besonders wünschenswert erwiesen, daß die für die Unterbrechung von Kurzschlußströmen vorgesehenen Schalter eine kurze Schaltzeit haben. Unter Schaltzeit versteht man dabei die Zeit von dem Augenblick, in dem der Schalter einen Einschaltemipuls erhält, bis zum Augenblick des Stromunterbrechens. Um kürzere Schaltzeiten zu erhalten, werden bei Druckgasschaltern gewöhnlich die Blasventile der Schaltstellen und etwaige Zwischenventile für das Ein- und Ausschalten des Schalters in unmittelbarer Nähe der Schaltstellen auf Hochspannungspotential angeordnet. Diese Ventile müssen jedoch durch auf Erdpotential angebrachte Betätigungsorgane gesteuert werden können, und es hat sich dabei als schwer erwiesen, eine einfache und ausreichend schnelle Übertragung von notwendigen Impulsen vom Erdzum Hochspannungspotential zu erhalten. Dies Problem ist besonders bei Schaltern für die höchsten vorkommenden Betriebsspannungen schwer zu lösen, weil diese Schalter eine totale Höhe von ungefähr 10 m erreichen und die Impulse somit eine verhältnismäßig lange Strecke zurücklegen müssen. Deswegen haben sich bei diesen Schaltern die früher verwendeten pneumatischen Übertragungssysteme als zu langsam erwiesen. Die Betätigungszeiten können jedoch beträchtlich verkürzt werden, wenn die Impulse mechanisch mit Hilfe einer Betätigungsstange übertragen werden. Um diese Stange schnell beschleunigen zu können, muß ihre Masse klein sein. Damit eine solche verhältnismäßig lange und dünne Stange sich bei der Überführung der erforderlichen Betätigungskraft nicht biegt, hat man die Stange so angeordnet, daß sie normalerweise von einer Zugkraft beansprucht wird. Wenn eine Stange einer Zugkraft ausgesetzt wird, streckt sie sich etwas, und bei den Stangenlängen, um die es sich hier handelt, ist diese Verlängerung nicht unbeträchtlich. Die ungünstige Wirkung, die dieser Umstand auf die Betätigungszeit hat, kann vermieden werden, wenn die Stange einer Zugkraft ausgesetzt wird, schon bevor der Schalter einen Ausschalteimpuls bekommt. Die Vorspannung kann durch Federn erreicht werden, aber es hat sich bei Druckgasschaltern als zweckmäßig erwiesen, auch für diesen Zweck Druckgas zu verwenden. Bei einer bekannten Anordnung, die Hochspannungsdruckgasschalter

Anmelder:

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget,

Västeräs (Schweden)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Missling und Dipl.-Ing. R. Schlee,
Patentanwälte, Gießen, Bismarckstr. 43

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. Walter Pucher, Ludvika (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 1. Juni 1965 (7124)

nach dem letztgenannten Prinzip arbeitet, wird der

as von der Betätigungsstange beeinflußte Ventilteller in der Richtung der Druckgasströmung geöffnet. Dies hat zur Folge, daß die Dichtungsfläche des Ventiltellers für die auf die Betätigungsstange ausgeübte Zugkraft und die auf die Stange ausgeübte Beschleunigungskraft beim öffnen des Ventils bestimmend wird. Vom konstruktiven Gesichtspunkt aus ist es jedoch ein Nachteil, diese Kräfte nicht unabhängig von der genannten Fläche wählen zu können. Bei einer anderen bekannten Anordnung, wo man Druckgas in einem Stützisolator verwendet, um eine Vorspannung der Stange zu erhalten, sind die Dichtungen für die Druckluft an den beiden Enden der Stange verhältnismäßig kompliziert.
Durch die Erfindung ist es möglich geworden, einen Druckgasschalter mit einer Anordnung für schnelle Auslösung zu konstruieren, die nicht mit den obengenannten Mängeln behaftet ist. Der erfindungsgemäße Druckgasschalter enthält wenigstens eine Leistungsschaltstelle, die mit einem auf Hoch-Spannungspotential angebrachten Druckgasventil steuerbar ist. Das bewegliche Ventilorgan des Ventils ist mit einem auf Erdpotential angeordneten Betätigungsorgan durch eine in einem mit Druckgas gefüllten Stützisolator angeordnete isolierende Betätigungsstange gekuppelt, die von einer Zugvorspannung beansprucht ist, wenn die Leistungsschaltstelle in geschlossener Lage ist. Die Anordnung ist dadurch

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gekennzeichnet, daß die genannte Vorspannung durch F i g. 4 ein auf Erdpotential angebrachtes Be-

zwei mit der Stange verbundene und an dem oberen tätigungsorgan und

und unteren Ende der Stange gegen zylinderartige F i g. 5 eine mechanische Kupplung mehrerer BeFlächen dichtende, axial verschiebbare Kolben er- tätigungsstangen.

reicht wird, die derart angeordnet sind, daß die Be- 5 In F i g. 1 ist ein auf Hochspannungspotential antätigungsstange zwecks Öffnens der Leistungsschalt- gebrachter und ständig mit Druckluft gefüllter Bestelle das bewegliche Ventilorgan entgegengesetzt der hälter 1 gezeigt. Dieser Behälter kann beispielsweise Druckgasströmung .führt, die das Öffnen der Lei- eine nicht gezeigte Leistungsschaltstelle enthalten, stungsschaltstelle verursacht. Durch eine solche Aus- deren fester Kontakt von einem Durchführungsführung erreicht man eine besonders einfache Kon- i° isolator und deren beweglicher Kontakt von einem struktion, weil die Beschleunigungskraft unabhängig in der Wand des Behälters angeordneten, nicht gevon der Dichtungsfläche des Druckgasventils gewählt zeigten Betätigungsmechanismus getragen wird. Diewerden kann. Gleichzeitig wird erreicht, daß die auf ser Mechanismus ist für die Betätigung des bewegdie Betätigungsstange ausgeübte Zugkraft klein ge- liehen Kontaktes und für das Öffnen und Schließen halten werden kann. Da es die Zugkraft ist, die bei 15 von Strömungswegen der Druckluft mittels eines sogegebener maximal zulässiger Zugbeanspruchung für genannten Blasventils vorgesehen. Der Betätigungsdie Bemessung und das Gewicht der Stange be- mechanismus kann über eine Leitung 2 und ein Zwistimmend ist, wird dadurch erreicht, daß die Auslöse- schenventil 3 entweder an den Druckluftbehälter 1 zeit für den Schalter kurz gemacht werden kann. oder an die freie Luft angeschlossen werden. Der

Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist ao Behälter 1 und im Anschluß an ihn angeordnete die Dichtungsfläche des beweglichen Ventilorgans Organe werden von einem hohlen Stützisolator 4 gekleiner als der Querschnitt des am oberen Ende der tragen, der einmal die genannten, auf Hoch-Betätigungsstange angeordneten Kolbens, weiter ist Spannungspotential angeordneten Organe trägt und die Summe der Dichtungsfläche des beweglichen zum anderen auch als pneumatische Verbindung zwi-Ventilorgans und des Querschnitts des unteren KoI- 25 sehen diesen Organen und dem unteren Teil des bens größer als der Querschnitt des oberen Kolbens. Schalters dient. Der Stützisolator 4 ist an seinem Darüber hinaus werden die Querschnitte der für die unteren Ende durch eine Leitung 5 an eine nicht Vorspannung der Stange vorgesehenen Kolben im gezeigte Druckluftquelle geschaltet, während sein Verhältnis zur Dichtungsfläche des beweglichen oberes Ende mit dem Behälter 1 durch die Leitung 6 Ventilorgans so gewählt, daß man einerseits beim 30 verbunden ist. Im Stützisolator 4 ist eine Be-Öffnen eine große Beschleunigung des Ventilorgans tätigungsstange 7 aus Isoliermaterial angeordnet, die und zum anderen den erforderlichen Dichtungsdruck an ihrem oberen Ende mit einem Kolben 8 und an und genauen Rücklauf des Ventilorgans beim ihrem unteren Ende mit einem Kolben 9 mit einem Schließen erhält. kleineren Durchmesser versehen ist. Die Kolben sind

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungs- 35 in zylinderförmigen Räumen an den oberen und

form ist das untere Ende der Stange mit dem Anker unteren Enden des Stützisolators axial verschiebbar,

eines Haltemagneten fest verbunden, der in der ge- Zwischen den Kolben und den Zylinderflächen sind

schlossenen Lage der Leistungsschaltstelle den nicht gezeigte Dichtungsringe angeordnet. Nach oben

Anker und damit die Stange gegen die Einwirkung zu ist die Betätigungsstange 7 mit einer Teilstange 10

einer beispielsweise vom Druckgas herrührenden, 40 an Ventilteller 11 und 12 des Zwischenventils 3 ge-

nach unten gerichteten Kraft festhält. Durch z. B. schaltet. Ein Schirm 13 ist zwischen den Ventiltellern

einen entmagnetisierten Stromimpuls im Halte- und dem Kolben 8 angeordnet, um zu verhindern,

magneten kann der Anker von den Magnetpolen ge- daß dieser Kolben von der Druckluft beeinflußt wird,

trennt werden, wodurch eine besonders kurze Aus- die bei Betätigung am Ventilteller 11 vorbeiströmt,

lösungszeit erhalten wird. 45 Ein Zylinderraum 14 unter dem Kolben 9 auf Erd-

Hochspannungsdruckgasschalter haben in der potential kann mit einem Betätigungsventil 15 an

Regel mehrere reihengeschaltete Leistungsschalt- eine druckluftführende Leitung 16 oder an die freie

stellen pro Pol, und es ist besonders wichtig, daß Luft über die Öffnung 17 angeschlossen werden,

beim Ausschalten alle Schaltstellen gleichzeitig öff- Mit dem Zwischenventil 3 in der gezeigten Lage

nen. Dies kann bei einem Schalter, der wie nach der 50 ist die Leitung 2 an die freie Luft angeschlossen,

vorliegenden Erfindung mit im wesentlichen ver- die Leistungsschaltstelle ist geschlossen. Der Behäl-

tikalen Betätigungsstangen gesteuert wird, besonders ter 1 und Stützisolator 4 sind mit Druckluft gefüllt,

einfach dadurch erreicht werden, daß alle Be- während der Raum 14 mit der freien Luft über das

tätigungsstangen in an sich bekannter Weise me- Betätigungsventil 15 und die Öffnung 17 verbunden

chanisch zusammengekuppelt werden, z. B. mit einer 55 ist. Die Betätigungsstange 7 wird in Richtung nach

auf Erdpotential angeordneten horizontalen Stange. unten von der Kraft des Kolbens 9, vom Ventilteller

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einiger 12 sowie von der Schwerkraft und in Richtung nach

in der Zeichnung schematisch dargestellter Aus- oben vom Druck auf die Unterseite des Kolbens 8

führungsbeispiele näher beschrieben. Darin zeigen beeinflußt. Da die Summe der Dichtungsflächen des

Fig. 1 und 2 zwei Betätigungsanordnungen, die 60 Ventiltellers 12 und Kolbens 9 größer ist als die entfür Druckluftschalter vorgsehen sind, die öffnen, sprechende Fläche des Kolbens 8, wird der Ventilwenn eine Leitung unter Druck gesetzt wird, und teller 12 mit einer gewissen Dichtungskraft gegen schließen, wenn dieselbe Leitung an die freie Luft seinen Ventilsitz gedrückt. Weiter wird die Beangeschlossen wird, tätigungsstange 7 einer Zugkraft ausgesetzt, deren

F i g. 3 eine modifizierte Ausführung für Schalter, 65 Größe vom Überdruck der eingeschlossenen Luft und die öffnen, wenn eine Leitung an die freie Luft an- dem Querschnitt des Kolbens 9 abhängt. Die Teilgeschlossen wird, und schließen, wenn die Leitung stange 10 wird anderseits von einer Druckkraft beunter Druck gesetzt wird, einf lußt, doch dies ist kein Nachteil, weil diese Stange

verhältnismäßig kurz ist und außerdem nicht aus Isoliermaterial ausgeführt zu sein braucht. Wenn die Leistungsschaltstelle nun geöffnet werden soll, z.B. bei einem Kurzschluß, erhält das Betätigungsventil 15 einen Einschalteimpuls, wobei der Raum 14 unter dem Kolben 9 an die Leitung 16 angeschlossen und dabei mit Druckluft gefüllt wird, beispielsweise mit demselben Druck wie im Stützisolator 4. Da der Querschnitt des Kolbens 8 größer ist als die Dichtungsfläche des Ventiltellers 12, öffnet der Ventilteller 12 die Verbindung zwischen dem Behälter 1 und der Leitung 2, während der Ventilteller 11 die Verbindung zu der freien Luft schließt. Die Leitung 2 wird dabei mit Druckluft gefüllt, wodurch die Leistungsschaltstelle öffnet und offenbleibt, solange der Raum unter dem Kolben 9 mit Druckluft gefüllt gehalten wird. Wenn die Leistungsschaltstelle geschlossen werden soll, wird der Raum unter dem Kolben 9 durch das Ventil 15 und die Öffnung 17 von Druckluft entleert, wobei die Ventilteller 11 und 12 in die in der Figur gezeigte Lage zurückkehren. Die Druckluft in der Leitung 2 und in dem nicht gezeigten Betätigungsmechanismus strömt dabei vorbei am Ventilteller 11 und hinaus in die freie Luft, wobei die Leistungsschaltstelle geschlossen wird.

Bei der Anordnung nach F i g. 2 ist die Anordnung des Zwischenventils 3 verändert, das Ventil ist mit der Betätigungsstange 7 mit einer Hubstange 18 gekuppelt. Mit dieser Vorrichtung wird erreicht, daß die Hublänge der Betätigungsstange unabhängig von der Hublänge der Ventilorgane 11 und 12 gewählt werden kann, außerdem braucht die Dichtungsfläche des Ventiltellers 12 nicht kleiner als der Querschnitt des Kolbens 8, wie bei der Anordnung nach F i g. 1, zu sein. Im übrigen sind die gezeigten Anordnungen gleichwertig.

Die Anordnung nach F i g. 3 ist für Schalter mit einem solchen Betätigungsmechanismus vorgesehen, bei dem die Leistungsschaltstelle geschlossen ist, solange die Leitung 2 unter Druck steht, aber geöffnet wird, wenn diese Leitung an die freie Luft angeschlossen wird. Wegen dieser veränderten Wirkungsweise des Schalters wird an Stelle des in F i g. 1 und 2 gezeigten Zwischenventils 3 ein anderes Zwischenventil 19 mit einem Ventilteller 20 benutzt, der zwischen einem unteren und einem oberen Ventilsitz verschoben wird. Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 3 ist im übrigen analog mit der im Anschluß an F i g. 1 beschriebenen.

In Fig.4 ist eine andere Abänderung des auf Erdpotential angeordneten Betätigungsorgans gezeigt. Das untere Ende der Betätigungsstange 7 ist hier mittels einer Teilstange 21 mit dem Anker 22 eines Magneten 23 fest verbunden, der die Betätigungsstange in der Lage festhält, die der geschlossenen Leistungsschaltstelle entspricht. Der Raum 14 unter dem Kolben 9 ist mit Druckluft gefüllt, so daß die Stange ständig von einer gegen die Haltekraft des Magneten aufwärts gerichteten Kraft beeinflußt wird. Der Magnet 23 kann beispielsweise einen Permanentmagneten enthalten, der einen magnetischen Fluß im Anker 22 erzeugt. Mit einem Stromimpuls durch eine im Magneten 23 angeordnete Spule oder durch mechanisches Nebenschließen des Flusses durch den Anker 22 wird der Anker von den Magnetpolen gelöst, wobei das auf Hochspannungspotential angeordnete Ventil seine Lage wechselt und die Leistungsschaltstelle geöffnet wird. Einschalten kann

z. B. durch Entleeren des Raumes 14 mit dem Ventil 15 erreicht werden, wodurch die Stange 7 zurückgeführt und die Schaltstelle geschlossen wird. Der Zylinderraum 14 wird unmittelbar danach wieder mit Druckluft gefüllt, so daß der Schalter bereit ist, eine Ausschaltung auszuführen.

Fig. 5 zeigt, wie man mehrere vertikale Betätigungsstangen mechanisch zusammenkuppeln kann, um ein gleichzeitiges Öffnen von mehrern elektrisch zusammengeschalteten Leistungsschaltstellen zu erreichen. Die vertikalen Stangen sind dabei miteinander durch eine horizontale Verbindungsstange 24 verbunden, die mit den vertikalen Betätigungsstangen durch Gelenke 25 gekuppelt ist. Diese Gelenke sind in Lagern 26 aufgehängt, die seitlich, aber nicht nach oben verschiebbar sind, wodurch erreicht wird, daß die Betätigungsstangen keinen Biegebeanspruchungen ausgesetzt werden. Wenn einer der Magneten einen Auslöseimpuls bekommt, wird die entsprechende Betätigungsstange nach oben geführt, wobei die Verbindungsstange 24 nach rechts geführt wird, wodurch auch die übrigen Betätigungsorgane nach oben geschoben werden. Bei einer solchen mechanischen Zusammenkupplung erhält man auch die Sicherheit, daß bei einem Öffnungsimpuls alle Leistungsschaltstellen öffnen, auch wenn in einem der Magneten 23 irgendein Fehler entstehen sollte, z. B. Unterbrechung in einer Magnetspule. Schließen der Leistungsschaltstelle und Rückstellung der Betätigungsstangen können auch durch einen mit der Verbindungsstange 24 gekuppelten pneumatisch beeinflußbaren Kolben erreicht werden. Bei der letztgenannten Ausführung können die Kolben 9 und Verbindungen über das Ventil 15 zum Zylinderraum 14 weggelassen und das Ventil 15 statt dessen für die Betätigung des mit der Betätigungsstange 24 gekuppelten Ventils verwendet werden.

Auch andere Ausführungsformen als die gezeigten sind denkbar. Die Betätigungsstange 7 braucht nicht z.B. das genannte, nicht gezeigte Blasventil der Leistungsschaltstelle indirekt über ein Zwischenventil zu betätigen, sondern kann statt dessen direkt mechanisch mit dem Blasventil gekuppelt sein.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochspannungsdruckgasschalter mit wenigstens einer Leistungsschaltstelle, die mit einem auf Hochspannungspotential angebrachten Druckgasventil pneumatisch steuerbar ist, dessen bewegliches Ventilorgan mit einem auf Erdpotential angebrachten Betätigungsorgan durch eine in einem mit Druckgas gefüllten Stützisolator angeordnete isolierende Betätigungsstange gekuppelt ist, die bei geschlossener Leistungsschaltstelle von einer Zugvorspannung beansprucht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorspannung durch zwei mit der Stange (7) verbundene und am oberen und unteren Ende der Stange gegen zylinderförmige Flächen dichtende, axial verschiebbare Kolben (8, 9) erreicht wird, die derart angeordnet sind, daß die Betätigungsstange zwecks Öffnens der Leistungsschaltstelle das bewegliche Ventilorgan in Richtung gegen die Druckgasströmung führt, die das Öffnen der Leistungsschaltstelle bewirkt.

2. Hochspannungsdruckgasschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dich-

tungsfläche des beweglichen Ventilorgans (12) kleiner ist als der Querschnitt des am oberen Ende der Betätigungsstange angeordneten Kolbens (8).

3. Hochspannungsdruckgasschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Dichtungsflächen des beweglichen Ventilorgans (12) und des Querschnitts des unteren Kolbens (9) größer ist als der Querschnitt des oberen Kolbens (8).

4. Hochspannungsdruckgasschalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Erdpotential angebrachte Betätigungsorgan aus dem genannten, am unteren Ende der Stange angeordneten Kolben (9) besteht, dessen eine Seite einen Raum (14) begrenzt, der durch ein Ventil (15) an eine Druckgasquelle bzw. an die freie Luft anschließbar ist.

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5. Hochspannungsdruckgasschalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Stange (7) mit einem Magnetanker (22) eines Haltemagneten (23) verbunden ist, der in der geschlossenen Lage der Leistungsschaltstelle den Anker gegen die Wirkung einer aufwärts gerichteten, auf die Stange wirkenden Kraft festhält.

6. Hochspannungsdruckgasschalter nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren elektrisch zusammengeschalteten, mittels Betätigungsstangen von Erdpotential aus manövrierbaren Leistungsschaltstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstangen (7) mechanisch zusammengekuppelt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 533 574, 538 296.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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