[0001] Die Erfindung betrifft einen Schalter mit Löschkammer, insbesondere Mittelspannungs-Lasttrennschalter
für Spannungen zwischen 6 und 36 kV.
[0002] Um Lichtbögen beim Öffnen der Kontakte eines Lasttrennschalters möglichst schnell
zum Erlöschen zu bringen, ist es bekannt, Löschkammern in einer Nebenstrombahn anzuordnen,
in der nur kurzzeitig, unmittelbar nach Öffnen des Hauptkontaktes Strom über einen
vorübergehend in Einschaltposition befindlichen Nacheilkontakt fließt. Ein in der
Löschkammer angeordneter beweglicher Kontakt- oder Schaltstift bzw. -messer unterbricht
den Nebenstromkreis. Der dabei entstehende Lichtbogen wird in der Löschkammer gelöscht.
[0003] Der messer- oder stiftförmige Kontakt- oder Schaltstift wird zwischen Körpern angeordnet,
die beim Erwärmen Gas abgeben (Hartgasprinzip). Der Stift bzw. das Messer bewegt sich
beim Ein- und Ausschalten zwischen diesen Körpern hindurch. Unter dem Einfluß der
Wärme, die von dem beim Abschalten entstehenden Lichtbogen ausgeht, baut sich einerseits
durch Erwärmung der in der Löschkammer vorhandenen Luft, andererseits durch die Gasentwicklung
ein Druck auf, der eine Gasströmung erzeugt, die kühlen und den Lichtbogen möglichst
schnell löschen soll.
[0004] Die Anforderungen an Mittelspannungs-Schaltgeräte steigen ständig. Während bisher
Schaltgeräte, die als "Standzeit" 20 Lastabschaltungen bewältigen, marktüblich waren,
werden nun 100 Lastabschaltungen bei Spannungen von 12 und 24 kV und einem Strom von
630 A verlangt. Um immer mehr Leistung immer öfter abschalten zu können, ist es erforderlich,
größere und druckfestere Löschkammern zu bauen, die so bemessen sind, daß das für
die Löschung des Abschaltlichtbogens erforderliche Löschgas in erforderlicher Menge
zur Verfügung gestellt wird und sie dem durch die Abschaltung entstehenden Druck standhalten.
Da der Raum in Mittelspannungs-Schaltanlagen jedoch sehr begrenzt ist und die Anlagenabmessungen
maßgeblich von der Schaltergröße bestimmt werden, dürfen die Abmessungen der Schaltgeräte
trotz der erhöhten Anforderungen an die Abschaltleistung nicht nennenswert vergrößert
werden.
[0005] Daher ist es derzeit üblich, aus Platzgründen für jede der Spannungsreihen (10, 20,
30 kV) unterschiedliche Löschkammern zu bauen, um die Schalter der jeweiligen Spannungsreihe
möglichst klein bauen zu können.
[0006] Es sind Löschkammern, beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 195 40
552 oder aus der deutschen Offenlegungsschrift 195 22 852 bekannt, die auch unter
dem Aspekt eines möglichst geringen Raumbedarfs entwickelt wurden.
[0007] So offenbart die deutsche Offenlegungsschrift 195 40 552 eine in einen Stützisolator
integrierte Löschkammer, die sich jeweils zwischen den Stützisolatoren eines Pols
befindet. Der in der Löschkammer befindliche Schaltstift wird zum Ausschalten entlang
einer geraden Bewegungsbahn aus der Löschkammer gezogen. Diese gradlinige Bewegung
beansprucht relativ viel Platz, da zumindest die Länge, um die der Schaltstift aus
der Kammer gezogen wird, außerhalb der Löschkammer in Verlängerung dieser für die
Schaltbewegungen freigehalten werden muß.
[0008] Zur Verminderung dieses Raumbedarfs schlägt die deutsche Offenlegungsschrift 195
22 852 eine rohrförmige Löschkammer mit einem Schaltstift vor, die beide die Form
eines Kreissegmentes besitzen. Der Schaltstift ist über Verbindungen an einem Drehpunkt
so ausgelenkt, daß er eine Bewegung durchführt, die auf der durch seine Form und die
der Löschkammer vorgegebenen Kreisbahn liegt. Um den Schaltstift aus seiner Kontaktposition
aus der Löschkammer herauszuziehen, wird zwar schon erheblich weniger Platz beansprucht,
als bei der zuvor beschriebenen Löschkammer.
[0009] Die beschriebenen Löschkammern genügen jedoch nicht den heutigen Wünschen an Mittelspannungs-Schaltgeräte
nach 100 Lastabschaltungen unter den oben angegebenen Leistungsbedingungen.
[0010] Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine den geforderten
Abschaltleistungen standhaltende, druckfeste Löschkammer zu bauen, die möglichst geringen
Platz beansprucht und möglichst universell einsetzbar ist.
[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Löschkammer mit den im Hauptanspruch angegebenen
Merkmalen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
[0012] Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es möglich, Schaltmesser in die Löschkammer
einzulassen, so daß die Löschkammer, um den gestiegenen Leistungsanforderungen gerecht
zu werden, größer ausgelegt werden konnte, ohne daß der Platzbedarf für Schaltmesser
plus Löschkammer insgesamt gestiegen ist, so daß trotz Leistungssteigerung die bestehenden
Rastermaße der Schaltzellen eingehalten werden können. Bestehende Mittelspannungs-Schaltgeräte
können somit problemlos mit den erfindungsgemäßen Geräten nachgerüstet werden.
[0013] Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Löschkammer so ausgelegt, daß sie für unterschiedliche
Spannungen, beispielsweise für 12 und 24 kV, eingesetzt werden kann. Dadurch, daß
eine Löschkammer für mehrere Spannungsreihen eingesetzt werden kann, entsteht ein
erheblicher Kostenvorteil.
[0014] Innerhalb der Löschkammer sind in an sich bekannter Weise Körper aus beim Erwärmen
gasabgebendem Material vorgesehen. Diese können Plattenform besitzen und sich im eingeschalteten
Zustand gegen den Schaltstift bzw. die Messerkontaktspitze drücken. Jede weitere Form
dieser Körper ist denkbar.
[0015] Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a
- einen Querschnitt durch eine Löschkammer, in ausgeschaltetem Zustand;
- Fig. 1b
- einen Schnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 1a entlang der Linie A - A;
- Fig. 2a
- einen Querschnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 1a, bei der sich das Schaltmesser
in einer Mittelstellung zwischen ein- und ausgeschaltetem Zustand befindet;
- Fig. 2b
- einen Schnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 2a entlang der Linie A - A;
- Fig. 3a
- einen Querschnitt durch eine Löschkammer gemäß Fig. 1a, in eingeschaltetem Zustand;
- Fig. 3b
- eine Ansicht einer Schaltkammer gemäß Fig. 3a aus der Richtung A;
- Fig. 4a
- einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Löschkammer, in eingeschaltetem
Zustand; und
- Fig. 4b
- eine Ansicht einer Löschkammer gemäß Fig. 4a aus der Richtung A.
[0016] In Fig. 1a ist eine Löschkammer 1 dargestellt, die aus einem Gehäuse 2 besteht, das
in eine Druckkammer 3 und eine Expansionskammer 4 aufgeteilt ist, die durch eine Wand
5 mit einer Öffnung 6 voneinander getrennt sind. In der Druckkammer 3 befindet sich
auf der der Expansionskammer 4 abgewandten Seite ein feststehender Kontakt 7.
[0017] Die Expansionskammer 4 weist auf ihrer der Wand 5 gegenüberliegenden Seite eine Öffnung
8 auf, die sich auch in den unteren Bereich der Expansionskammer 4 erstreckt und dort
quasi eine Zusatzöffnung 9 bildet.
[0018] Die Öffnungen 8 und 6 dienen dem Durchtritt der Kontaktspitze eines beweglichen Schaltmessers
11 der Nebenstrombahn durch die Druck- 3 und die Expansionskammer 4 bis hin zum Kontakt
7; das Schaltmesser wird in der eingeschalteten Position durch eine Nase 12 gehalten,
die es hinterhakt. Das Schaltmesser 11 ist in Fig. 1a nur teilweise, nämlich mit seiner
Kontaktspitze 11a dargestellt, die über einen entsprechend gebogenen Schaftteil 11b
mit dem Schwenkpunkt B verbunden ist, so daß das Messer sich beim Ein- und Ausschalten
entlang einer Kreisbahn bewegt.
[0019] In der Druckkammer 3 sind Löschplatten 10 aus beim Erwärmen gasabgebenden Werkstoff
angeordnet, die mit Federn 21 beaufschlagt sind, so daß sie gegeneinander gepreßt
werden. Das Schaltmesser 11 bewegt sich während des Ein- und Ausschaltens zwischen
ihnen hindurch und berührt sie dabei.
[0020] Das Schalt- bzw. Trennmesser 11 ist, wie die Draufsichten zeigen, flach geformt.
Damit die Löschkammer den Anforderungen bezüglich der Anzahl der Abschaltungen bei
den genannten Leistungen (Spannungen und Stromstärken) standhalten kann, war es erforderlich,
das Löschkammervolumen zu vergrößern, was mit der Erfindung unter Einhaltung der Schalterdimensionen
und Beibehaltung des Zellenrasters in überraschend einfacher Weise dadurch erreicht
wird, daß nicht nur die Kontaktspitze 11a in die Löschkammer taucht, sondern zumindest
teilweise auch der Schalt- bzw. Trennmesserschaft 11b.
[0021] Das wird durch den Teil 9 der Öffnung 8, also die erfindungsgemäße Zusatzöffnung
ermöglicht. Während des Einschaltens, also wenn das Schaltmesser 11 auf den feststehenden
Kontakt 7 zu bewegt wird, tritt zunächst der Halteteil 13 und dann die Kontaktspitze
11a des Schaltmessers 11 durch den nach hinten gerichteten Teil der Öffnung 8. Sobald
das Schaltmesser 11 jedoch die in Fig. 2a,b dargestellte Position erreicht hat, tritt
auch sein Schaft 11b in den Kammerbereich, nämlich die Zusatzöffnung 9 der Öffnung
8 ein, und das um so weiter, je weiter es sich dem feststehenden Kontakt 7 nähert.
[0022] Damit die Löschkammer trotz der Zusatzöffnung 9 in der Expansionskammer 4 ihre Aufgabe,
nämlich den beim Abschalten entstehenden Lichtbogen zum Erlöschen zu bringen, zuverlässig
erfüllt, ist der Bereich 9 der Öffnung 8, also die Zusatzöffnung in dem in Fig. 1a,b
dargestellten ausgeschalteten Zustand durch zwei Klappen 14, die beispielsweise aus
Isolierstoff bestehen, verschlossen. Wie in Fig. 1b ersichtlich, sind die Klappen
14 an der Unterseite der Löschkammer 1 beweglich befestigt, und zwar an den Punkten
C. Sie haben jeweils die Form eines Kreissegmentes und überlappen sich im ausgeschalteten
Zustand den Bereich der Zusatzöffnung 9 verschließend. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind sie federbelastet, so daß sie ohne eine äußere, auf sie wirkende Kraft, den in
Fig. 1b dargestellten Zustand einnehmen. Die Löschplatten 10 liegen im ausgeschalteten
Zustand aufeinander.
[0023] Sobald nun der Schalter durch das Schaltmesser 11 geschlossen wird, sich also um
den Punkt B auf den feststehenden Kontakt 7 zu bewegt und es dabei wie zuvor beschrieben
in die Expansionskammer eintritt, trifft sein Schaft 11b irgendwann, wie in Fig. 2a,b
dargestellt, auf die Klappen 14 und drückt diese dann entgegen der auf sie wirkenden
Federkraft auseinander, so daß sich nach und nach die zunächst verschlossene Zusatzöffnung
9 öffnet und somit das Schaltmesser 11 im eingeschalteten Zustand nur noch durch die
Zusatzöffnung 9 aus der Löschkammer herausragt.
[0024] Dieser Zustand ist in den Fig. 3a,b dargestellt. Die Klappen 14 sind nun ganz geöffnet,
so daß sie die Zusatzöffnung 9 freigeben. Sie werden von dem Schaltmesserschaft 11a
in dieser Stellung gehalten, während die Schaltmesserkontaktspitze 11a die Löschplatten
10 auseinanderdrückt.
[0025] Beim Ausschalten, also wenn das Schaltmesser 11 vom Kontakt 12 und somit vom feststehenden
Kontakt 7 getrennt wird, vollziehen Schaltmesser 11 und Klappen 14 den umgekehrten
Bewegungsablauf. Je weiter sich das Schaltmesser 11 aus der Löschkammer 1 heraus bewegt,
also eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn um den Punkt B ausführt, um so mehr
zieht es sich aus der Zusatzöffnung 9 zurück, so daß die Klappen 14 durch die auf
sie wirkende Federkraft nach und nach die in den Fig. 1a,b dargestellte Ausgangsposition
einnehmen und den Öffnungsteil 9 wieder verschließen.
[0026] Die Zusatzöffnung ermöglicht für das sichelförmige Schaltmesser 11, daß seine Bewegungsbahn
zum großen Teil in der Löschkammer 1 liegt, so daß bei gleichem Platzbedarf für die
erfindungsgemäße Löschkammer 1 im Vergleich zu bekannten Löschkammern ein erheblich
größeres Kammervolumen erzielt wird.
[0027] Durch die sich in Abhängigkeit von der Stellung des Schaltmessers 11 bewegenden Klappen
14 wird der Löschvorgang eines beim Abschalten entstehenden Lichtbogens erheblich
effizienter. Im Zeitpunkt des Entstehens des Lichtbogens, d.h. wenn sich das Schaltmesser
11 soeben aus seiner geschlossenen Position (vgl. Fig. 3a,b) vom Kontakt 7 zu trennen
beginnt, sind die Klappen 14 geöffnet, so daß relativ viel Sauerstoff in die Löschkammer
1, insbesondere auch in die Druckkammer 3, eindringen kann. Dieser ist zu Beginn des
Löschvorgangs auch willkommen, da er die möglichst rasche Entstehung des Lichtbogens
aus der kleinen Initialflamme fordert, so daß sehr schnell der durch den Lichtbogen
hervorgerufene Verdampfungsvorgang an den Löschplatten einsetzen kann und die entstehenden
Gase nun rasch und wirkungsvoll den Lichtbogen löschen. Je weiter sich nun das Schaltmesser
11 aus der Löschkammer heraus bewegt, um so mehr schließen sich die Klappen 13 und
verhindern somit einerseits eine weitere Zufuhr von Sauerstoff und andererseits ein
Austreten der Gase aus der Löschkammer nach unten, was zu einer Ionisierung der Bereiche
zwischen den Phasen sowie zur Erde und damit zu Überschlägen (Kurzschluß) führen könnte.
Durch die dem Löschvorgang angepaßte Schlitzöffnung 8 werden die Löschgase so gesteuert,
daß eine Ionisierung der Isolierstrecke ausgeschlossen ist.
[0028] Zudem wirkt sich die zunächst relativ große und sich dann allmählich schließende
Zusatzöffnung 9 beschleunigend auf die in der Druckkammer 3 entstehenden Löschgase
aus, was insbesondere in der strömungsarmen Anfangsphase durch Verwirbelung eine effizientere
Kühlung und somit ein zuverlässigeres Löschen des Lichtbogens bewirkt. Die Schließgeschwindigkeit
der Zusatzöffnung 9 kann durch die Form der Klappen 14 variiert und speziell eingestellt
werden.
[0029] Die erfindungsgemäßen Maßnahmen erhöhen somit auch die Effizienz der Löschkammer
erheblich.
[0030] In den Fig. 4a,b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Löschkammer
dargestellt, in der die dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 bis 3 entsprechenden
Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
4a,b unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel durch einen
anderen Verschlußmechanismus für die Zusatzöffnung 9.
[0031] Anstatt der Klappen 14 wird hier eine Platte bzw. ein Streifen 15 aus Isolierstoff
eingesetzt. Diese bzw. dieser ist am Kontaktende der Löschkammer 1 bei 16 befestigt
und verschließt im ausgeschalteten Zustand des Schalters die komplette Zusatzöffung
9. Beim Schließen des Schaltmessers 11 drückt sein Schaft die Platte bzw. den Streifen
15 entgegen der Wirkung einer Feder 17 in das Gehäuse 2 in Richtung auf den Befestigungspunkt
16, wodurch die Zusatzöffnung 9 freigegeben wird. Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels
ist dieselbe, wie die zuvor beschriebene. Entsprechend der Stellung des Schaltmessers
11 wird der zusätzliche Öffnungsbereich 9 durch die Platte bzw. den Streifen 15 geöffnet
bzw. verschlossen. In der Druckkammer 3 sind entsprechend Löschplatten 10 aus beim
Erwärmen gasabgebendem Material vorgesehen.
1. Schalter mit Löschkammer (1), insbesondere für Mittelspannungs-Lasttrennschalter für
Spannungen zwischen 6 und 36 kV, mit
- einem beweglichen Schaltmesser (11),
- einer Druckkammer (3),
- einer Expansionskammer (4), und
- einer zumindest teilweise verschließbaren Öffnung (8) in der Expansionskammer (4).
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verschließbare Teil der Öffnung eine Zusatzöffnung (9) darstellt, die dem
Durchtritt des Trennmesserschaftes (11b) dient.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung Schlitzform besitzt.
4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Öffnung (8/9) der Dicke des Trennmessers (11) entspricht.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) durch mindestens eine Klappe (14) verschlossen wird.
6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei sich beim Schließen überlappende Klappen (14).
7. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) durch eine Platte bzw. einen Streifen (15) verschlossen
wird.
8. Schalter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (14) sowie die Platte bzw. der Streifen (15) aus Isolierstoff bestehen.
9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (14) sowie die Platte bzw. der Streifen (15) federbeaufschlagt sind.
10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) in eingeschaltetem Zustand offen ist.
11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzöffnung (9) in ausgeschaltetem Zustand geschlossen ist.
12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (14) sowie die Platte bzw. der Streifen (15) durch das Schaltmesser
(11) betätigt werden.
13. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein sich auf einer Kreisbahn bewegendes Schaltmesser (11).
14. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch federbeaufschlagte Löschplatten (10) in der Druckkammer (3).