DE1615634B2 - Schalter zum schnellen Kurzschließen von elektrischen Apparaten - Google Patents

Description

3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Kontaktstücken erfolgt, die durch eine mechanische zeichnet, daß das Arretiergestänge aus einer kur- 35 Feder in Kurzschließrichtung vorgespannt sind. Die zen Arretierungsstange besteht, die mit einer auf Kontaktstücke werden in ihrer offenen Stellung Hochspannungspotential liegenden Arretiervor- durch ein· mit einer Verklinkung versehenes Gestänge richtung verbunden ist, welche über einen Hoch- gehalten, das Kurzschließen wird durch Betätigung Spannungsisoliertransformator (20) durch einen der Verklinkung ausgelöst. Der Behälter, in· dem die elektrischen· Impuls auslösbar ist. 40 zu überbrückenden Kontakte angeordnet sind, kann

4. Schalter nach Ansprach 2 oder 3, dadurch mit einem Isoliergas gefüllt sein. Zum Wiederöffnen gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtung aus des Kurzschließers sind umfangreiche Hilfsmittel, einem mit dem unteren Ende der Arretierstange z. B. Preßluft, erforderlich, um die Schließfedern· er-(13) verbundenen Magnetanker (14) und einem neut zu spannen. Die Verwendung einer vorgespann-Haltemagneten (15) besteht. 45 ten Feder als Kraftspeicher und die dafür erforder-

5. Schalter nach Anspruch 4, gekennzeichnet liehe Vorrichtung zum Spannen der Feder macht den durch eine am unteren Ende der Arretierstange bekannten Schalter relativ aufwendig und entspre-(13) angeordnete Dämpfungsvorrichtung für die chend störanfällig.

beweglichen Teile des Schalters. Aus der Siemens-Zeitschrift 1964, S. 225 bis 228

6. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 50 ist ein Hochspannungsleistungsschalter zum Unterzeichnet, daß der Druckgasbehälter (1) aus zwei brechen hoher Ströme bekannt, bei dem beide Pole pneumatisch miteinander verbundenen Teilbehäl- der Schaltstrecke auf Hochspannung liegen und die tern besteht, die mit Abstand voneinander an- Betätigung des Schalters von Erdpotential aus ergeordnet sind, daß das Arretiergestänge aus zwei folgt. Die Ausschaltbetätigung des Schalters erfolgt in Verlängerung der beweglichen Schaltstifte (7) 55 durch eine vorgespannte mechanische Feder, die und der Antriebskolben (29) bestehenden Arre- über ein mechanisches Gestänge ausgelöst wird, das tierungsstangen besteht, die in den freien Raum lediglich auf Zug beansprucht wird. Die Schaltzwischen den beiden Teilbehältern hineinragen strecke des Schalters ist in zwei zueinander symme- und dort durch eine mechanische Sperre (27) irisch angeordneten Teilstrecken unterteilt. Auch bei miteinander verbunden sind, welche durch Zün- 60 diesem Schalter wird zur Betätigung ein mechanidung einer Sprengladung (28) beseitigbar ist, wo- scher Kraftspeicher verwendet. In der Entgegenhalbei die Zündung durch einen elektrischen Impuls tung wird zwar erwähnt, daß die Ausschaltbetätigung von einem Hochspannungsisoliertransformator eines solchen Schalters auch durch Druckgas erfol-(20) auslösbar ist. gen kann. Bei Leistungsschaltern zum Abschalten

65 von Strömen wird eine solche Druckgasbetätigung in

solchen Fällen vorgenommen, in denen dieses

Druckgas gleichzeitig zur Löschung des Lichtbogens

dient. Die Betätigung solcher Schalter durch Druck-

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gas erfolgt durch ein besonderes pneumatisches Sy- Hochspannungspotential liegenden Arretiervorrich-

stem, welches von den übrigen mit dem Druckgas tung verbunden ist, welche über einen Hochspan-

vorgenommenen Funktionen getrennt ist. nungsisoliertransformator durch einen elektrischen

Aus der deutschen Auslegeschrift 1098 569 ist ein Impuls auslösbar ist.

Erdungsschalter bekannt, der die Aufgabe hat, beim 5 Die Arretiervorrichtung kann aus einem mit dem Vorliegen von kleinen Fehlern mit geringem Kurz- unteren Ende der Arretierstange verbundenen Maschlußstrom diesen Kurzschlußstrom durch Erdung gnetanker und einem Haltemagneten bestehen,
der Phase zu vergrößern, damit die entfernt liegen- An dem unteren Ende der Arretierstange kann den Leistungsschalter zum Ansprechen gebracht wer- eine Dämpfungsvorrichtung für die beweglichen den. Damit soll verhindert werden, daß der kleine io Teile des Schalters angeordnet sein.
Kurzschlußstrom durch langes Einwirken auf einen Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist Transformator diesen beschädigt. Bei diesem Er- der Schalter dadurch gekennzeichnet, daß der Druckdungsschalter liegt eine der Elektroden auf Erdpo- gasbehälter aus zwei pneumatisch miteinander vertential und die Schalterbetätigung erfolgt ebenfalls bundenen Teilbehältern besteht, die mit Abstand durch Ausnutzung der Kraft einer vorgespannten Fe- 15 voneinander angeordnet sind, daß das Arretiergeder. Als Kurzschließer zwischen zwei Elektroden, die stange aus zwei in Verlängerung der beweglichen beide auf hohem Potential gegen Erde liegen, ist die- Schaltstifte und der Antriebskolben bestehenden Arser Schalter nicht geeignet. retierungsstangen besteht, die in den freien Raum

Aus der französischen Patentschrift 1362117 ist zwischen den beiden Teilbehältern hineinragen und ein Leistungsschalter bekannt, bei dem die eine Elek- 20 dort durch eine mechanische Sperre miteinander vertrode mit einem vom Gasdruck betätigbaren Kolben bunden sind, welche durch Zündung einer Sprenglaversehen ist, wodurch eine kräftige Gasströmung ge- dung beseitigbar ist, wobei die Zündung durch einen gen den Lichtbogen erreicht werden soll. Auf diese elektrischen Impuls von einem Hochspannungsiso-Weise soll die Schaltkapazität des Schalters erhöht liertransformator auslösbar ist.
werden. Der Gasdruck in der Schaltkammer wirkt 25 Es ist bereits bekannt, Schaltvorgänge mittels ständig in Öffnungsrichtung des Schalters und die Sprengladungen auszulösen (ETZ-A, Bd. 76, Heft Betätigung des Schalters wird dadurch ausgelöst, daß 21,1.11.1955, S. 765 bis 769).
die Arretierung einer Betätigungsstange gelöst wird. Dadurch, daß beim Kurzschließer nach der Erfin-Die Betätigungsstange ist relativ kräftig, da sie wäh- dung ein mechanischer Kraftspeicher für die Betätirend des Betriebes (Einschaltzustand) ständig auf 30 gung nicht erforderlich ist, sondern das ohnehin im Druck beansprucht wird und die Gefahr einer Aus- Behälter vorhandene Druckgas unmittelbar für die knickung der Stange vermieden werden muß. Eine Betätigung eines Antriebskolbens ausgenutzt wird, ist hohe Schaltgeschwindigkeit wird mit diesem Schalter der Schalter nach der Erfindung relativ einfach. Er nicht beabsichtigt, und die für die Schalterbetätigung läßt sich auch auf einfache Weise in seine Ausgangserforderliche Kraft ist infolge der Verwendung eines 35 lage zurückbringen. Dadurch, daß das Arretierge-Differentialkolbens relativ klein. stange und die Kolbenstange in an sich bekannter

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weise nur auf Zug beansprucht werden, können

Kurzschließer der eingangs genannten Art zu entwik- diese Teile querschnittsschwach ausgeführt werden,

kein, der für beliebig hohe Spannungen verwendbar wodurch die Geschwindigkeit des Schalters gesteigert

ist, sehr schnell kurzschließt und mittels einer verhält- 40 wird. Der Schalter ist praktisch für beliebig hohe

nismäßig einfachen Konstruktion ohne mechanischen Spannungen verwendbar. Durch die Aufteilung der

Kraftspeicher arbeitet. Schaltstrecke in zwei Teilstrecken wird eine weitere

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schalter der Verkürzung der Schaltzeit erreicht,
eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfin- Die Anwendung von Druckgas als Isolationsmittel dungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß in 45 hat den Vorteil, daß im Vergleich mit flüssigem und einem druckgasgefüllten und auf Hochspannungspo- festem Isolationsmaterial die Spannungsfestigkeit tential befindlichen Behälter zwei einander züge- zwischen den Kontakten durch wiederholte Einschalkehrte, mit den Anschlußstücken verbundene, fest- tungen unter Spannung nicht nennenswert verstehende Schaltstücke mit zentraler Bohrung vornan- schlechtert wird. Durch die Verwendung eines den sind, zwischen denen zwei gemeinsam betätigbare 50 Schaltstiftes, der in ein festes hülsenförmiges Schalt- und elektrisch miteinander verbundene bewegliche stück eingeschoben wird, erreicht man, daß die Ein-Schaltstifte zum Eingriff in die Bohrungen angeord- schaltung ohne Kontaktprellen erfolgen kann; außernet sind, zu deren Antrieb ein Kolben-Zylinder-Sy- dem werden besonders gute Kontaktverhältnisse in stem dient, dessen Antriebskolben auf der einen Seite eingeschalteter Lage erhalten. Dies ermöglicht, daß von dem Druckgas ständig in Kurzschließrichtung 55 der Schalter für einen verhältnismäßig großen Nennbeaufschlagt ist/sind und dessen/deren andere Seite strom ausgeführt werden kann. Ein weiterer Vorteil ständig mit der Außenluft in Verbindung steht und der genannten Ausbildung der Schaltstücke ist, daß daß der/die Antriebskolben durch ein lösbares Arre- man im hülsenförmigen Schaltstück eine gewisse tierungsgestänge in der Ausschaltstellung derart fest- Wegstrecke für das Abbremsen des beweglichen gehalten ist/sind, daß die Antriebskolbenstange/n 60 Schaltstiftes erhält, wenn dieser die Einschaltlage er- und das Arretierungsgestänge nur auf Zug bean- reicht hat. Schalter der beschriebenen Art arbeiten spracht sind. nämlich mit besonders großen Beschleunigungen der

Das Arretiergestänge kann aus einer langen Arre- Schaltstifte. Um zu verhindern, daß die verschiede-

tierungsstange aus Isoliermaterial bestehen, die sich nen Teile des Schalters während des Abbremsens der

^! in eine auf Erdpotential liegende Arretierungsvor- 65 beweglichen Teile nicht allzu großen Beanspruchun-

richtung erstreckt. gen ausgesetzt werden, darf dieses nicht zu schnell

Das Arretiergestänge kann auch aus einer kurzen erfolgen.

Arretierungsstange bestehen, die mit einer auf Durch die Verwendung eines Isoliertransformators

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an Stelle einer langen Arretieningsstange kann er- folgt dadurch, daß ein Rückstellkolben 18 im Unterreicht werden, daß die Größe der zu bewegenden teil des Kurzschließers kurzzeitig dadurch unter Masse des Betätigungsmechanismus unabhängig Druck gesetzt wird, daß dem Raum über dem Rückvom Isolationsabstand zwischen dem Hochspan- Stellkolben durch eine Öffnung 19 Druckgas zugenungspotential und Erde ist, so daß auch die Betäti- 5 führt wird.

gungszeiten bei verschiedenem Isolationsniveau In F i g. 2 ist eine andere Ausführung eines Kurzgleich groß werden. Schließers für Hochspannung gezeigt, bei der die Be-

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausfüh- tätigung im Prinzip in gleicher Weise wie in F i g. 1 rungsbeispiele wird der Schalter nach der Erfindung erfolgt. Der Haltemagnet 15 ist hier jedoch auf näher beschrieben. Die Figuren zeigen im Schnitt io Hochspannungspotential angeordnet, und der elektridrei Ausführungsformen eines Kurzschließers. sehe Impuls zur Auslösungsspule wird über einen

Der in· Fig. 1 gezeigte Kurzschließer umfaßt einen Hochspannungsisoliertransformator von Erd- zu auf Hochspannungspotential angeordneten Behäl- Hochpotential übertragen. Die Arretierungsstange 13 terl, der von einem hohlen Stützisolator 2 getragen wird dadurch sehr kurz, und die bewegliche Masse wird. Der geerdete Sockel dieses Isolators ist mit 3 15 des Betätigungsmechanismus wird unabhängig vom bezeichnet. Durch einen Kanal 4 im Sockel 3 steht Isolationsabstand zwischen Hochspannungspotential der Raum innerhalb des Stützisolators 2 und des Be- und Erde. Auf dem Grundrahmen des Schalters ist hälters 1 in Verbindung mit einer nicht gezeigten ein Druckgasbehälter 21 angeordnet, der einmal über Druckgasquelle und ist dadurch ständig mit Druck- den Stützisolator 2 in Verbindung mit dem Behälter 1 gas gefüllt. Im Behälter 1 sind zwei Schaltstellen mit 20 steht und zum anderen über ein Dreiwegventil 22 in je einem feststehenden Schaltstück 5 und einem be- Verbindung mit einem Gasführungsisolator 23 für weglichen Schaltstift 7 angeordnet. Der Schaltstift ist die Ausschaltung des Schalters gesetzt werden kann, in einem ihn· umgebenden Stück 6 angeordnet. Das Der Druckgasbehälter 21 kann¹ mit einer Dmickgas-Schaltstück 5 und das Stück 6 haben einander züge- quelle verbunden sein und ist in üblicher Weise mit kehrte kreisförmige Flächen, deren zentraler Teil im 25 erforderlichen (nicht gezeigten) Ventilen versehen, wesentlichen eben ist, während die Flächen nahe Im unteren Teil des Stützisolators 2 ist ein elektridem Umfang gut -abgerundet sind (sogenannte Ro- sches Heizelement 24 eingesetzt. Im Anschluß an gowski-Profil). Das Schaltstück 5 hat eine zentrale den Betätigungsmechanismus des Schalters auf Bohrung 8 zur Aufnahme des Schaltstiftes 7. Die Hochspannungspotential ist eine Anzeigeanordnung Schaltstücke 5 werden von in der Wand des Behäl- 30 25 angeordnet, die die Kontaktlage des Schalters antersl angeordneten Druckführungsisolatoren 9 und zeigt.

10 getragen, deren äußere, nicht gezeigte Enden an Bei normalem Betrieb wird der Anker 14 am HaI-

die Eingangsklemmen eines elektrischen Apparats temagnet 15 festgehalten und der Gasführungsisolaangeschlossen werden. Die Schaltstücke 6 bilden tor 23 steht in· Verbindung mit dem Druckgasbehäleinen integrierenden Teil eines Getriebegehäuses 11, 35 ter 21, wobei auch der Raum auf der Unterseite des das zentral im Behälter 1 angeordnet ist und ein Ge- Rückstellkolbens 18 auf Hochspannungspotential mit lenksystem 12 enthält. Dieses Gelenksystem, das zum Druckgas gefüllt ist. Die Einschaltung des Schalters Betätigungsmechanismus der beweglichen Schaltstifte erfolgt dadurch, daß der Einschaltkontakt 26 gegehört, ist über eine im Stützisolator 2 angeordnete schlossen wird, wobei ein elektrischer Impuls über isolierende Arretierungsstange 13 mit einem Magnet- 40 den Hochspannungsisoliertransformator 20 zur Ausanker 14 verbunden. Dieser Anker wird bei norma- lösespule des Haltemagnets 15 übertragen wird. Die lern Betrieb von einem Haltemagnet 15 festgehalten, auf den Anker 14 ausgeübte Haltekraft wird dabei der aus einem Permanentmagnet mit Auslösespule aufgehoben, und der Antriebskolben 17 kann schnell besteht. Die Arretierungsstange 13, die z.B. aus glas- die Schaltstifte des Schalters in die eingeschaltete faserverstärktem Kunststoff ausgeführt sein kann, ist 45 Lage führen. Die Ausschaltung erfolgt durch einen an ihrem oberen Ende mit einem in einem Zylinder elektrischen Impuls zum elektromagnetisch betätig-16 verschiebbaren Antriebskolben 17 verbunden. Das ten Dreiwegeventil 22, wobei der Raum unter dem Druckgas im Isolator 2 übt einen aufwärtsgerichteten Rückstellkolben 18 auf Hochpotential über den Gas-Druck auf den Antriebskolben 17 aus, so daß die führungsisolator 23 kurzzeitig in Verbindung mit der Arretierungsstange 13 ständig auf Zug beansprucht 50 freien Luft gesetzt wird,
ist. Fig.3 zeigt eine Ausführung des Kurzschließers

Die Einschaltung des Kurzschließers erfolgt da- mit einer anderen Betätigungsvorrichtung, die besondurch, daß ein elektrischer Impuls der Spule des ders zweckmäßig in Fällen ist, in denen noch kürzere Haltemagnets 15 zugeführt wird, wodurch der ma- Einschaltzeiten als die mit den Anordnungen nach gnetische Fluß im Anker und damit die auf den An- 55 F i g. 1 und 2 erreichbaren erforderlich sind. Bei der ker ausgeübte Haltekraft des Magnets reduziert wird. Anordnung nach Fi g. 3 ist der in den übrigen Figu-Der Antriebskolben 17 setzt dabei die Arretierungs- ren gezeigte Haltemagnet durch eine mechanische stange 13 und damit die Schaltstifte 7 in· Bewegung Sperre 27 ersetzt worden. Wenn der Schalter einge- und führt den Einschaltvorgang aus. In der Endlage schaltet werden soll, wird die Sperre durch Zündung werden die Arretierungsstange und die Schaltstifte 60 einer Sprengladung 28, die im Sperrhaken eingebaut von einer am unteren Ende der Arretierungsstange ist, entfernt. Die Sprengladung wird mit Hilfe eines angeordneten, nicht gezeigten Dämpfungsanordnung elektrischen Impulses gezündet, der über den Hochgebremst. Diese kann zweckmäßig als Luftbremse spannungsisoliertransformator 20 zugeführt wird, des gleichen Typs wie in F i g. 3 ausgebildet sein. Da- Die Schaltstifte 7 werden dabei von Antriebskolben durch, daß die Dämpfungsanordnung am unteren 65 29 in Bewegung gesetzt und von Dämpfungskolben Ende der Arretierungsstange angreift, wird verhin- 30 gebremst, wenn sie die Einschaltlage erreichen, dert, daß die Arretierungsstange beim Bremsen auf Die Kolben und die Schaltstifte bzw. Arretierungs-Knickung beansprucht wird. Eine Ausschaltung er- Stangen können so bemessen werden, daß besonders

große Beschleunigungen erhalten werden. Der Stromübergang zwischen den beweglichen Schaltstiften 7 und den metallischen Druckgefäßen 1 wird mit Hilfe von Rollkontakten 31 und Litzen 32 erhalten. In der Ausschaltlage des Schalters steht der Raum auf der einen Seite der Antriebskolben 29 in Verbindung mit

der freien Luft über den Gasführungsisolator 23 und das Dreiwegeventil 22. Bei Ausschaltung wird dieser Raum mit dem Druckluftbehälter 21 auf Erdpotential in Verbindung gesetzt, wobei die beweglichen Schaltstifte in die Ausschaltlage geführt und dort festgehalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

1 2 Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalter Patentansprüche: zum schnellen· Kurzschließen von elektrischen Appa raten, zwischen deren Anschlüssen eine hohe Span-

1. Schalter zum schnellen Kurzschließen von nung liegt und deren beiden Anschlüsse auf einem elektrischen Apparaten, zwischen deren An- 5 hohen Potential gegenüber Erde liegen, durch einen Schlüssen eine hohe Spannung liegt und deren von Erdpotential aus auslösbaren Antrieb. Solche sobeiden Anschlüsse auf einem hohen Potential ge- genannten· Kurzschließer sind bekannt aus der deutgenüber Erde liegen, durch einen von Erdpoten-- sehen Auslegeschrift 1100 780.. -

tial aus auslösbaren Antrieb, dadurch ge- Der Schalter kann parallel zu einem oder mehrekennzeichnet, daß in einem druckgasgefüll- io ren elektrischen Apparaten, z.B. Stromrichtern·, lieten· und auf Hochspannungspotential befindlichen gen. Mit einem solchen Schalter kann man schnell Behälter (1) zwei einander zugekehrte, mit den die Eingangsklemmen des Stromrichters kurzschlie-Anschlußstücken· verbundene, feststehende ßen und verhindern, daß infolge von Überlastung Schaltstücke (5) mit zentraler Bohrung (8) vor- oder inneren Kurzschlüssen im Stromrichter Schäden handen sind, zwischen denen zwei gemeinsam be- is entstehen. Voraussetzung hierfür ist, daß der Schaltätigbare und elektrisch miteinander verbundene ter wesentlich schneller arbeitet als der Hauptschalbewegliche Schaltstifte (7) zum Eingriff in die ter des Stromrichters, welcher nach einer gewissen Bohrungen· (8) angeordnet sind, zu deren Antrieb Zeit anspricht und den Fehlerstrom unterbricht. Um ein- Kolben-Zylinder-System dient, dessen An- diese Schnelligkeit des Kurzschließers zu erreichen, triebskolben (17, 29) auf der einen Seite von· dem 20 sind Kurzschließer bekannt, die mit geringem Kon-Druckgas ständig in Kurzschließrichtung beauf- taktabstand arbeiten (Zeitschrift »Elektrotechnik« schlagt ist/sind und dessen/deren andere Seite 1941, S. 15). Bei ihnen werden alle drei Phasen ständig mit der Außenluft in Verbindung steht durch eine leitende Platte kurzgeschlossen. Diese und daß der/die Antriebskolben· (17, 29) durch Kurzschließer sind nur für verhältnismäßig niedrige ein lösbares Arretierungsgestänge (13) in der 25 Spannungen geeignet. Bei höheren Spannungen sind Ausschaltstellung derart festgehalten ist/sind, daß die notwendigen Kontaktabstände so groß, daß der die Antriebskolbenstange/n und das Arretie- Schalter nicht mehr mit der erforderlichen Geschwinrungsgestänge nur auf Zug beansprucht sind. digkeit kurzschließt. Um die Geschwindigkeit des

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Kurzschließers zu steigern· und ihn somit auch für zeichnet, daß das Arretiergestänge aus einer lan- 3° höhere Spannungen brauchbar zu machen, ist aus der gen Arretierungsstange (13) aus Isoliermaterial deutschen Auslegeschrift 1100 780 ein Kurzschließer besteht, die sich in· eine auf Erdpotential liegende bekannt, bei dem die kurzschließende Verbindung Arretierungsvorrichtung erstreckt. der drei Phasen in einem gemeinsamen Punkt mittels