TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die Erfindung geht aus von einem Leistungsschalter gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
STAND DER TECHNIK
[0002] Aus der Offenlegungsschrift DE 42 00 896 Al ist ein Leistungsschalter bekannt, der
eine Löschkammer aufweist mit zwei feststehenden, voneinander beabstandeten Abbrandkontakten.
Die Löschkammer ist mit einem Isoliergas, vorzugsweise SF
6-Gas unter Druck, gefüllt. Im eingeschalteten Zustand der Löschkammer werden die beiden
Abbrandkontakte mittels eines beweglichen Überbrückungskontakts elektrisch leitend
miteinander verbunden. Der Überbrückungskontakt umgibt die zylindrisch ausgebildeten
Abbrandkontakte konzentrisch. Der Überbrückungskontakt und die beiden Abbrandkontakte
bilden eine Leistungsstrombahn, welche lediglich beim Ausschalten strombeaufschlagt
ist. Bei einer Ausschaltung gleitet der Überbrückungskontakt von einem ersten der
Abbrandkontakte herunter und zieht einen Lichtbogen, der zunächst zwischen dem ersten
Abbrandkontakt und dem ihm zugewandten Ende des Überbrückungskontakts brennt. Sobald
dieses Ende den zweiten Abbrandkontakt erreicht, kommutiert der Lichtbogenfusspunkt
von dem Ende des Überbrückungskontakts auf den zweiten Abbrandkontakt. Der Lichtbogen
brennt nun zwischen den beiden Abbrandkontakten und wird beblasen bis der Lichtbogen
erlischt. Das für die Beblasung nötige druckbeaufschlagte Isoliergas wird in der Regel
mittels eines mit dem beweglichen Überbrückungskontakt verbundenen Blaskolbens erzeugt.
[0003] Dieser Leistungsschalter weist zudem parallel zu der Leistungsstrombahn eine Nennstrombahn
auf, die bei eingeschaltetem Leistungsschalter den Betriebsstrom führt. Die Nennstrombahn
ist konzentrisch um die Leistungsstrombahn angeordnet. Der Überbrückungskontakt ist
hier mit einem beweglichen, in der Nennstrombahn angeordneten Nennstromkontakt mechanisch
starr verbunden. Beim Ausschalten wird zuerst die Nennstrombahn unterbrochen, der
zu unterbrechende Strom kommutiert danach auf die Leistungsstrombahn, wo dann, wie
oben beschrieben, ein Lichtbogen eingeleitet und dann gelöscht wird.
[0004] Der Überbrückungskontakt weist, bedingt durch seine Abmessungen, eine vergleichsweise
grosse zu bewegende Masse auf, die bei Schaltvorgängen zu beschleunigen und abzubremsen
ist. Der Antrieb des Leistungsschalters muss die hierfür nötige Energie bereitstellen.
[0005] Aus der Offenlegungsschrift DE 31 27 962 Al ist ein weiterer Leistungsschalter bekannt,
der eine Löschkammer aufweist mit zwei feststehenden, voneinander beabstandeten Abbrandkontakten.
Die Löschkammer ist mit einem Isoliergas, vorzugsweise SF
6-Gas unter Druck, gefüllt. Im eingeschalteten Zustand der Löschkammer werden die beiden
Abbrandkontakte mittels eines beweglichen Überbrückungskontakts elektrisch leitend
miteinander verbunden. Der Überbrückungskontakt umgibt die zylindrisch ausgebildeten
Abbrandkontakte konzentrisch. Der Überbrückungskontakt ist hier zugleich als Nennstromkontakt
ausgebildet. Eine Ausschaltung dieses Leistungsschalters verläuft ähnlich wie beim
vorher beschriebenen Leistungsschalter.
[0006] Dieser Überbrückungskontakt weist ebenfalls, bedingt durch seine Abmessungen, eine
vergleichsweise grosse zu bewegende Masse auf, die bei Schaltvorgängen zu beschleunigen
und abzubremsen ist. Der Antrieb des Leistungsschalters muss die hierfür nötige Energie
bereitstellen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0007] Die Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die
Aufgabe, einen Leistungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem
eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Überbrückungskontakts mit einem vergleichsweise
kleinen und wenig Energie benötigenden Antrieb erreicht wird. Zudem soll die Nennstrombahn
des Leistungsschalters eine besonders hohe Dauerstandfestigkeit aufweisen.
[0008] Da bei dem Leistungsschalter gemäss Patentanspruch 1 der Überbrückungskontakt im
Innern der Abbrandkontaktanordnungen, entlang der zentralen Achse erstreckt, angeordnet
ist, kann er mit einem vorteilhaft kleinen Durchmesser und damit mit einer besonders
kleinen Masse ausgeführt werden. Dieser Leistungsschalter kann deshalb mit einer vergleichsweise
grossen Ausschaltgeschwindigkeit betrieben werden, da dieser massearme Überbrückungskontakt
mit einem vergleichsweise kleinen und vorteilhaft billigen Antrieb wirkungsvoll beschleunigt
und am Ende der Ausschaltbewegung wieder zuverlässig abgebremst werden kann.
[0009] Der Überbrückungskontakt ist hier zudem als einfacher Schaltstift ausgebildet, der
keine federnden Kontaktelemente aufweist, er ist deshalb vergleichsweise einfach und
preisgünstig herzustellen.
[0010] Beim Leistungsschalter gemäss Patentanspruch 3 wird der bewegliche Nennstromkontakt
wesentlich langsamer bewegt als der mit ihm über ein die Geschwindigkeit reduzierendes
Hebelgestänge verbundene Überbrückungskontakt. Die Lebensdauer der Nennstromkontakte
wird, wegen der kleineren mechanischen Beanspruchung, vorteilhaft erhöht, was die
Verfügbarkeit des Leistungsschalters wesentlich verbessert.
[0011] Der bewegliche Nennstromkontakt ist bei den vorliegenden Leistungsschalterausführungen
in einem Volumen untergebracht, welches von dem Bereich des Leistungsschalters, in
dem vom Lichtbogen erzeugte Heissgase und Abbrandpartikel auftreten, vollständig getrennt
ist. Diese Heissgase und Abbrandpartikel können deshalb die Nennstromkontakte nicht
negativ beeinflussen, wodurch deren Standfestigkeit und damit ihre Lebensdauer vorteilhaft
gesteigert wird.
[0012] Eine weitere vorteilhafte Verbilligung der erfindungsgemässen Leistungsschalterausführungen
ergibt sich dadurch, dass die Abbrandkontaktanordnungen und teilweise auch die Gehäuseteile
aus Gleichteilen spiegelbildlich zu einer Symmetrieebene aufgebaut sind.
[0013] Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
[0014] Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend
anhand der Zeichnung, welche lediglich einen möglichen Ausführungsweg darstellt, näher
erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
[0015] Es zeigen:
Fig.1 einen Schnitt durch die Kontaktzone einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Leistungsschalters im eingeschalteten Zustand,
Fig.2 einen Schnitt durch die Kontaktzone einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Leistungsschalters während des Ausschaltens,
Fig.3 einen Teilschnitt durch die Kontaktzone einer zweiten Ausführungsform eines
erfindungsgemässen Leistungsschalters, und
Fig.4 einen stark vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemässen Leistungsschalter,
in der rechten Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand
dargestellt, in der linken Hälfte der Figur ist der Leistungsschalter im ausgeschalteten
Zustand dargestellt.
[0016] Bei allen Figuren sind gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente
sind nicht dargestellt.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
[0017] Die Fig.1 zeigt einen schematisch dargestellten Schnitt durch die Kontaktzone 1 der
Löschkammer einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Leistungsschalters
im eingeschalteten Zustand. Die Löschkammer ist zentrisch symmetrisch um eine zentrale
Achse 2 angeordnet. Entlang dieser zentralen Achse 2 erstreckt sich ein zylindrisch
ausgebildeter, metallischer Schaltstift 3, der mittels eines nicht dargestellten Antriebs
entlang der zentralen Achse 2 beweglich ist. Der Schaltstift 3 weist eine dielektrisch
günstig geformte Spitze 4 auf, die bei Bedarf mit einem elektrisch leitenden, abbrandbeständigen
Material versehen werden kann. Im eingeschalteten Zustand überbrückt der Schaltstift
3 elektrisch leitend einen Abstand a zwischen zwei Abbrandkontaktanordnungen 5,6.
[0018] Die Abbrandkontaktanordnung 5 weist einen schematisch dargestellten Kontaktkorb 7
auf, der elektrisch leitend mit einem Absatz eines plattenförmig ausgebildeten Trägers
8 aus Metall verbunden ist. Der Kontaktkorb 7 weist Kontaktfinger aus Metall auf,
welche federnd auf der Oberfläche des Schaltstifts 3 aufliegen. Auf der der Abbrandkontaktanordnung
6 zugewandten Seite des Trägers 8, an der Stelle des geringsten Abstands zwischen
den beiden Abbrandkontaktanordnungen 5 und 6, ist eine Abbrandplatte 9 mit Hilfe eines
der bekannten Verfahren mit diesem Träger 8 verbunden worden, und zwar so, dass die
Enden 10 der Kontaktfinger gegen Abbrand geschützt sind. Die Abbrandplatte 9 ist vorzugsweise
aus Graphit gefertigt, sie kann jedoch auch aus anderen elektrisch leitenden, abbrandbeständigen
Materialien wie beispielsweise Wolframkupferverbindungen bestehen. Die dem Träger
8 abgewandte Oberfläche der Abbrandplatte 9 wird mittels einer ringförmig ausgebildeten
Abdeckung 36 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen Lichtbogeneinwirkung
geschützt. Zudem wird durch die Abdeckung 36 verhindert, dass der Lichtbogenfusspunkt
zu weit in das Speichervolumen 17 hinein wandert.
[0019] Die Abbrandkontaktanordnung 6 entspricht im Aufbau der Abbrandkontaktanordnung 5,
allerdings ist sie spiegelbildlich zu dieser angeordnet. Eine strichpunktierte Linie
11 deutet die Spiegelungsebene an, welche von der zentralen Achse 2 senkrecht durchstossen
wird. Die Abbrandkontaktanordnung 6 weist einen schematisch dargestellten Kontaktkorb
12 auf, der elektrisch leitend mit einem Absatz eines plattenförmig ausgebildeten
Trägers 13 aus Metall verbunden ist. Der Kontaktkorb 12 weist Kontaktfinger aus Metall
auf, welche federnd auf der Oberfläche des Schaltstifts 3 aufliegen. Auf der der Abbrandkontaktanordnung
5 zugewandten Seite des Trägers 13, an der Stelle des geringsten Abstands zwischen
den beiden Abbrandkontaktanordnungen 5 und 6, ist eine Abbrandplatte 14 mit Hilfe
eines der bekannten Verfahren mit diesem Träger 13 verbunden worden, und zwar so,
dass die Enden 15 der Kontaktfinger gegen Abbrand geschützt sind. Die Abbrandplatte
14 ist vorzugsweise aus Graphit gefertigt, sie kann jedoch auch aus anderen elektrisch
leitenden, abbrandbeständigen Materialien wie beispielsweise Wolframkupferverbindungen
bestehen. Die dem Träger 13 abgewandte Oberfläche der Abbrandplatte 14 wird mittels
einer ringförmig ausgebildeten Abdeckung 41 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial
gegen Lichtbogeneinwirkung geschützt. Zudem wird durch die Abdeckung 41 verhindert,
dass der Lichtbogenfusspunkt zu weit in das Speichervolumen 17 hinein wandert.
[0020] Zwischen den Trägern 8 und 13 ist eine konzentrisch zur zentralen Achse 2 angeordnete
ringförmige Trennwand 16 aus Isoliermaterial eingespannt. Die Träger 8 und 13 und
die Trennwand 16 schliessen ein ringförmig ausgebildetes Speichervolumen 17 ein, welches
für die Speicherung des für die Beblasung des Lichtbogens vorgesehenen druckbeaufschlagten
Isoliergases ausgelegt ist. Der Träger 8 stellt eine Stirnseite eines zylinderförmig
ausgebildeten, vollständig von metallischen Wänden umschlossenen Auspuffvolumens 18
dar. Der Träger 13 stellt eine Stirnseite eines zylinderförmig ausgebildeten, vollständig
von metallischen Wänden umschlossenen Auspuffvolumens 19 dar. Wenn eine Nennstrombahn
vorgesehen ist, so stellen die in dieser Nennstrombahn vorhandenen beweglichen Nennstromkontakte
im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters die elektrisch leitende Verbindung
zwischen den metallischen Wänden der beiden Auspuffvolumina 18 und 19 dar. Der Schaltstift
3 wird in diesem Fall lediglich von vergleichsweise kleinen Streuströmen durchflossen.
[0021] Der Träger 13 ist mit einer Bohrung 20 versehen, die mit einem schematisch dargestellten
Rückschlagventil 21 verschlossen ist. An die Bohrung 20 ist eine Leitung 22 angeschlossen,
welche das von einer mit dem Schaltstift 3 in Wirkverbindung stehenden Kolben-Zylinder-Anordnung
bei einem Ausschaltvorgang komprimierte Isoliergas zum Speichervolumen 17 führt. Ein
Einströmen des druckbeaufschlagten Isoliergases in das Speichervolumen 17 ist jedoch
nur dann möglich, wenn im Speichervolumen 17 ein niedrigerer Druck herrscht als in
der Leitung 22.
[0022] Die Fig.2 zeigt einen schematisch dargestellten Schnitt durch die Kontaktzone 1 einer
ersten Ausführungsform der Löschkammer eines erfindungsgemässen Leistungsschalters
während des Ausschaltens. Der Schaltstift 3 hat im Verlauf seiner Ausschaltbewegung
in Richtung des Pfeils 27 zwischen den Abbrandplatten 9 und 14 einen Lichtbogen 23
gezogen. Der Lichtbogen 23 beaufschlagt das ihn umgebende Isoliergas thermisch und
erhöht dadurch kurzzeitig den Druck in diesem als Lichtbogenzone 24 bezeichneten Bereich
der Löschkammer. Das druckbeaufschlagte Isoliergas wird im Speichervolumen 17 kurzzeitig
gespeichert. Ein Teil des druckbeaufschlagten Isoliergases strömt jedoch einerseits
durch eine Öffnung 25 in das Auspuffvolumen 18 und andererseits durch eine Öffnung
26 in das Auspuffvolumen 19 ab.
[0023] Der Schaltstift 3 ist mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung verbunden, in welcher bei
einem Ausschaltvorgang Isoliergas komprimiert wird. Dieses komprimierte Isoliergas
wird, wie ein Pfeil 28 andeutet, durch die Leitung 22 in das Speichervolumen 17 eingeleitet,
wenn im Speichervolumen 17 ein niedrigerer Druck herrscht als in der Leitung 22. Dies
ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Lichtbogen 23 so stromschwach ist, dass
er die Lichtbogenzone 24 nicht intensiv genug aufheizen kann. Wenn jedoch ein stromstarker
Lichtbogen 23 die Lichtbogenzone 24 sehr stark aufheizt, sodass ein grosser Druck
des Isoliergases im Speichervolumen 17 auftritt, öffnet sich nach dem Überschreiten
eines vorgegebenen Grenzwerts ein Überdruckventil 29 und der überschüssige Druck wird
in das Auspuffvolumen 18 hinein abgebaut. Es ist aber auch möglich, wenn der Leistungsschalter
beispielsweise nur für vergleichsweise kleine Ausschaltströme ausgelegt ist, auf das
Überdruckventil zu verzichten.
[0024] Wird der Lichtbogen 23 in Rotation um die zentrale Achse 2 versetzt, so wird dadurch
bekanntlich die Aufheizung der Lichtbogenzone 24 wesentlich verstärkt. Die Fig.3 zeigt
einen Teilschnitt durch eine mit Blasspulen 30 und 31 versehene Kontaktzone eines
erfindungsgemässen Leistungsschalters im ausgeschalteten Zustand. Das magnetische
Feld der Blasspulen 30 und 31 versetzt in bekannter Weise den Lichtbogen 23 beim Ausschalten
in Rotation. Die Blasspule 30 ist in eine Vertiefung des Trägers 8 eingelassen, wobei
das eine Wicklungsende 32 eine metallisch blanke Kontaktfläche aufweist, welche mittels
einer Schraube 33 gegen die metallisch blanke Oberfläche des Trägers 8 gedrückt wird.
Das Wicklungsende 32 ist damit elektrisch leitend verbunden mit dem Träger 8. Zwischen
der übrigen, dem Träger 8 zugewandten Oberfläche der Blasspule 30 und dem Träger 8
ist eine elektrische Isolation 34 vorgesehen. Diese Isolation 34 distanziert zudem
die Windungen der Blasspule 30 voneinander. Das andere Wicklungsende 35 der Blasspule
30 ist elektrisch leitend mit der Abbrandplatte 9 verbunden. Die dem Träger 8 abgewandte
Oberfläche der Blasspule 30 und ein Teil der Oberfläche der Abbrandplatte 9 wird mittels
einer Abdeckung 36 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen Lichtbogeneinwirkung
geschützt.
[0025] Die Blasspule 31 ist in eine Vertiefung des Trägers 13 eingelassen, wobei das eine
Wicklungsende 37 eine metallisch blanke Kontaktfläche aufweist, welche mittels einer
Schraube 38 gegen die metallisch blanke Oberfläche des Trägers 13 gedrückt wird. Das
Wicklungsende 37 ist damit elektrisch leitend verbunden mit dem Träger 13. Zwischen
der übrigen, dem Träger 13 zugewandten Oberfläche der Blasspule 31 und dem Träger
13 ist eine elektrische Isolation 39 vorgesehen. Diese Isolation 39 distanziert zudem
die Windungen der Blasspule 31 voneinander. Das andere Wicklungsende 40 der Blasspule
31 ist elektrisch leitend mit der Abbrandplatte 14 verbunden. Die dem Träger 13 abgewandte
Oberfläche der Blasspule 31 und ein Teil der Oberfläche der Abbrandplatte 14 wird
mittels einer Abdeckung 41 aus einem abbrandbeständigen Isoliermaterial gegen Lichtbogeneinwirkung
geschützt.
[0026] Die beiden Blasspulen 30 und 31 sind so angeordnet, dass sich die durch diese Blasspulen
30 und 31 erzeugten Magnetfelder gegenseitig verstärken. Die beiden Abdeckungen 36
und 41 bilden bei dieser Ausführungsvariante einen ringförmigen Düsenkanal, dessen
Engnis den Abstand a aufweist, und der sich in radialer Richtung aufweitet, bis er
in das Speichervolumen 17 übergeht.
[0027] Die Fig.4 zeigt einen stark vereinfachten Schnitt durch einen erfindungsgemässen,
schematisch dargestellten Leistungsschalter, in der rechten Hälfte der Figur ist der
Leistungsschalter im eingeschalteten Zustand dargestellt, in der linken Hälfte der
Figur ist der Leistungsschalter im ausgeschalteten Zustand dargestellt. Der Leistungsschalter
ist konzentrisch um die zentrale Achse 2 aufgebaut, seine Leistungskontakte sind mit
Blasspulen 30,31 versehen. Das mit Isoliergas unter Druck, vorzugsweise SF
6-Gas, gefüllte Auspuffvolumen 18 wird von dem Träger 8, einer mit diesem verbundenen,
zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 42 und einem dem Träger 8 gegenüberliegenden,
druckdicht mit der Gehäusewand 42 verschraubten Verschlussdeckel 43 eingeschlossen.
Der Verschlussdeckel 43 ist im Zentrum mit einer zylindrisch ausgebildeten, in Richtung
der Öffnung 25 erstreckten Strömungsablenkung 44 versehen. Die Gehäusewand 42 und
der Verschlussdeckel 43 sind, ebenso wie der Träger 8, in der Regel aus einem elektrisch
gut leitenden Metall hergestellt.
[0028] Die Gehäusewand 42 ist mit einem zylindrisch ausgebildeten Isolierrohr 45 druckdicht
verbunden. Auf der der Gehäusewand 42 entgegengesetzten Seite ist das Isolierrohr
45 druckdicht mit einer weiteren zylindrisch ausgebildeten Gehäusewand 46 verbunden.
Die Gehäusewand 46 ist genau gleich ausgebildet wie die Gehäusewand 42, sie ist jedoch
spiegelbildlich zu ihr angeordnet, wobei die strichpunktierte Linie 11 die Spiegelungsebene
andeutet. Das Isolierrohr 45 ist konzentrisch zur isolierenden Trennwand 16 angeordnet.
Diese Gehäusewand 46 ist mit dem Träger 13 verbunden. Das mit Isoliergas unter Druck,
vorzugsweise SF
6-Gas, gefüllte Auspuffvolumen 19 wird von dem Träger 13, der mit diesem verbundenen,
Gehäusewand 46 und einem dem Träger 13 gegenüberliegenden, druckdicht mit der Gehäusewand
46 verschraubten Deckel 47 eingeschlossen. Der Deckel 47 ist im Zentrum mit einem
Zylinder 48 versehen. Die Gehäusewand 46 und der Deckel 47 sind, ebenso wie der Träger
13, in der Regel aus einem elektrisch gut leitenden Metall hergestellt. Zwischen den
beiden Gehäusewänden 42 und 46 ist ein Abstand b vorgesehen. Die Gehäusewand 42 ist
aussen mit Befestigungsmöglichkeiten für Stromanschlüsse 49 versehen. Die Gehäusewand
46 ist aussen mit Befestigungsmöglichkeiten für Stromanschlüsse 50 versehen. Das Isolierrohr
45 ist in einer durch die beiden Gehäusewände 42 und 46 gebildeten Vertiefung angeordnet,
wodurch die durch den Druck in den Auspuffvolumina 18 und 19 hervorgerufenen Zugkräfte,
die das Isolierrohr 45 in axialer Richtung beanspruchen, minimiert werden. Infolge
dieser vertieften Anordnung ist die äussere Oberfläche des Isolierrohrs 45 besonders
gut gegen Transportschäden geschützt.
[0029] In dem Zylinder 48 gleitet ein Kompressionskolben 51, der mit dem Schaltstift 3 verbunden
ist. Der Kompressionskolben 51 verdichtet bei der Ausschaltbewegung des Schaltstifts
3 das in dem Zylinder 48 befindliche Isoliergas. Das verdichtete Isoliergas strömt
durch die schematisch dargestellten Leitungen 22 und 22a in das Speichervolumen 17
ein, wenn die Druckverhältnisse in diesem Volumen dies zulassen. Wenn in diesem Zylinder
48 ein zu hoher Kompressionsdruck auftreten sollte, so kann dieser durch ein nicht
dargestelltes Überdruckventil in das Auspuffvolumen 19 hinein abgebaut werden.
[0030] Der Schaltstift 3 wird durch einen nicht dargestellten Antrieb bewegt. An den Schaltstift
3 ist mindestens ein Hebel 52 angelenkt, dessen anderes Ende hier drehbar und verschiebbar
in der Gehäusewand 46 gelagert ist. Mit dem Hebel 52 ist eine Schwinge 53 drehbar
verbunden, welche die vom Hebel 52 ausgeübte Kraft auf eine angelenkte Stange 54 überträgt.
Die Stange 54 bewegt sich parallel zur Richtung der zentralen Achse 2, sie wird hier
in der Gehäusewand 46 und im Träger 13 reibungsarm geführt. Das andere Ende der Stange
54 ist mit einem schematisch als Dreieck dargestellten Fingerkorb 55 verbunden. Der
Fingerkorb 55 dient als Halterung für eine Vielzahl einzeln federnd aufgehängter Kontaktfinger
56. Um ein Verkanten zu vermeiden, sind mindestens zwei derartige Hebelgestänge für
die Betätigung des Fingerkorbs 55 vorgesehen, wie dies in der Fig.4 dargestellt ist.
Die Kontaktfinger 56 bilden im eingeschalteten Zustand den beweglichen Teil der Nennstrombahn
des Leistungsschalters. Im rechten Teil der Fig.4 ist der Fingerkorb 55 im eingeschalteten
Zustand des Leistungsschalters dargestellt, die Kontaktfinger 56 überbrücken in dieser
Position den Abstand b elektrisch leitend. Der Strom durch den Leistungsschalter fliesst
dann beispielsweise von den Stromanschlüssen 49 durch die Gehäusewand 42, durch die
Kontaktfinger 56 und die Gehäusewand 46 zu den Stromanschlüssen 50.
[0031] Der Raum 57, in dem dieser bewegliche Teil der Nennstrombahn untergebracht ist, wird
durch die isolierende Trennwand 16 und die Träger 8 und 13 sehr vorteilhaft vollständig
von der Lichtbogenzone 24 abgetrennt, sodass keine in der Lichtbogenzone 24 erzeugten
Abbrandpartikel in den Bereich der Nennstromkontakte gelangen und diese negativ beeinflussen
können. Die Lebensdauer der Nennstromkontakte wird dadurch sehr vorteilhaft erhöht,
was eine vorteilhaft erhöhte Verfügbarkeit des Leistungsschalters zur Folge hat.
[0032] Die Hebelgestänge, welche aus jeweils einem Hebel 52, einer Schwinge 53 und einer
Stange 54 bestehen sind so ausgelegt, dass die vom nicht dargestellten Antrieb erzeugte,
vergleichsweise hohe Ausschaltgeschwindigkeit des Schaltstifts 3, welche im Bereich
von 10 m/sec bis 20 m/sec liegt, umgesetzt wird in eine etwa um das Zehnfache kleinere
Ausschaltgeschwindigkeit des Fingerkorbs 55 von etwa 1 m/sec bis 2 m/sec. Infolge
dieser langsameren Bewegung des Fingerkorbs 55 ist die mechanische Beanspruchung desselben
und auch die der Kontaktfinger 56 vorteilhaft klein, sodass diese Bauteile vergleichsweise
leicht und massearm ausgeführt werden können, da sie keinen grossen mechanischen Beanspruchungen
standhalten müssen. Auf die Kontaktfinger 56 wirken, wegen der vergleichsweise kleinen
Geschwindigkeit, keine grossen mechanischen Reaktionskräfte ein, sodass die Federn,
welche die Kontaktfinger 56 gegen die auf den Gehäusewänden 42 und 46 vorgesehenen
Kontaktflächen drücken, vergleichsweise schwach ausgelegt werden können. Die Abnutzung
der Kontaktstellen der Kontaktfinger 56 und der Kontaktflächen auf denen die Kontaktfinger
56 gleiten wird, infolge der vergleichsweise geringen Federkräfte, wesentlich verringert.
[0033] Der Schaltstift 3 wird einerseits mit Hilfe des in dem Zylinder 48 gleitenden Kompressionskolbens
51 geführt und andererseits in einem Führungsteil 58. Das Führungsteil 58 ist mittels
sternförmig angeordneter Rippen mit dem Träger 13 verbunden.
[0034] Bei allen drei beschriebenen Ausführungen der Leistungskontakte des Leistungsschalters
sind die Kontaktelemente jeweils als Gleichteile ausgebildet. Die Verwendung von gleichen
Teilen verbilligt vorteilhaft die Herstellungskosten des Leistungsschalters und vereinfacht
zudem die Lagerhaltung für dessen Ersatzteile.
[0035] Zur Erläuterung der Wirkungsweise werden die Figuren etwas näher betrachtet. Beim
Ausschalten zieht der Schaltstift 3 im Verlauf seiner Ausschaltbewegung zwischen den
Abbrandplatten 9 und 14 einen Lichtbogen 23. Der Schaltstift 3 bewegt sich mit einer
vergleichsweise sehr hohen Ausschaltgeschwindigkeit, sodass der Lichtbogen 23 nur
kurzzeitig auf der Spitze 4 des Schaltstifts 3 brennt und sogleich auf die Abbrandplatte
14 kommutiert. Die Spitze 4 weist deshalb kaum Abbrandspuren auf. Die Abbrandplatten
9 und 14 sind aus besonders abbrandfestem Material, sie weisen deshalb eine vergleichsweise
hohe Lebensdauer auf. Der Leistungsschalter muss deshalb nur vergleichsweise selten
revidiert werden, wodurch er eine vergleichsweise grosse Verfügbarkeit aufweist.
[0036] Der Lichtbogen 23 wird wegen der sehr raschen Ausschaltbewegung des Schaltstifts
3 vergleichsweise schnell seine volle Länge erreichen, sodass bereits kurz nach der
Kontakttrennung die volle Lichtbogenenergie zur Verfügung steht für die Druckbeaufschlagung
des Isoliergases in der Lichtbogenzone 24. Der Lichtbogen 23 beaufschlagt das ihn
umgebende Isoliergas thermisch und erhöht dadurch kurzzeitig den Druck in der Lichtbogenzone
24 der Löschkammer. Das druckbeaufschlagte Isoliergas wird im Speichervolumen 17 kurzzeitig
gespeichert. Ein Teil des druckbeaufschlagten Isoliergases strömt jedoch einerseits
durch eine Öffnung 25 in das Auspuffvolumen 18 und andererseits durch eine Öffnung
26 in das Auspuffvolumen 19 ab. Der Schaltstift 3 ist jedoch in der Regel mit einer
Kolben-Zylinder-Anordnung verbunden, in welcher bei einem Ausschaltvorgang Isoliergas
komprimiert wird. Dieses komprimierte Isoliergas wird zusätzlich zu dem thermisch
erzeugten druckbeaufschlagten Isoliergas durch die Leitung 22 in das Speichervolumen
17 eingeleitet.
[0037] Dieses Einströmen erfolgt jedoch nur, wenn im Speichervolumen 17 ein niedrigerer
Druck herrscht als in der Leitung 22. Dies ist beispielsweise vor der Kontakttrennung
der Fall oder dann, wenn der Lichtbogen 23 so stromschwach ist, dass er die Lichtbogenzone
24 nicht intensiv genug aufheizen kann. Heizt jedoch ein stromstarker Lichtbogen 23
die Lichtbogenzone 24 sehr stark auf, sodass ein vergleichsweise grosser Druck des
Isoliergases im Speichervolumen 17 auftritt, bei diesem grossen Druck erfolgt dann
zunächst keine Einströmung des in der Kolben-Zylinder-Anordnung erzeugten Druckgases.
Wird im Speichervolumen 17 ein vorgegebener Grenzwert des gespeicherten Drucks überschritten,
so öffnet sich nach dem Überschreiten dieses vorgegebenen Grenzwerts ein Überdruckventil
29 und der überschüssige Druck wird in das Auspuffvolumen 18 hinein abgebaut. Auf
diese Art wird mit grosser Sicherheit verhindert, dass in diesem Bereich eine unzulässige
Überschreitung der mechanischen Belastbarkeit der Bauelemente vorkommen kann.
[0038] Solange in der Lichtbogenzone 24 ein Überdruck herrscht, strömt sehr heisses ionisiertes
Gas auch durch die Öffnungen 25 und 26 ab in die Auspuffvolumina 18 und 19. Bei der
konstruktiven Gestaltung dieser beiden Strömungsbereiche wurde darauf geachtet, dass
sie geometrisch ähnlich gestaltet wurden, um gleiche Abströmungsverhältnisse in beide
Auspuffvolumina 18 und 19 zu erreichen. Die Spitze 4 des Schaltstifts 3 ist im Zentrum
des Auspuffvolumens 19 gegenüber der Öffnung 26 angeordnet und beeinflusst zusammen
mit den Rippen des Führungsteils 57 die Gasströmung in diesem Bereich. Die Strömungsablenkung
44 ist im Auspuffvolumen 18 an der der Spitze 4 entsprechenden Stelle gegenüber der
Öffnung 25 angeordnet und beeinflusst dort die Gasströmung in ähnlicher Weise. Die
beiden Gasströmungen bilden sich wegen der sehr ähnlich gestalteten Strömungsbereiche
ähnlich aus, sodass der in der Lichtbogenzone 24 aufgebaute Druck etwa gleichmässig
und kontrolliert nach beiden Seiten abströmt, wodurch das im Speichervolumen 17 für
die Löschung des Lichtbogens 23 vorhandene Isoliergas unter Druck so lange gespeichert
werden kann, bis eine Beblasung des Lichtbogens 23 erfolgen kann.
[0039] Der erfindungsgemässe Leistungsschalter ist für Schaltanlagen im Mittelspannungsbereich
besonders gut geeignet. Die kompakte zylindrische Ausführung des Leistungsschalters
eignet sich besonders für den Einbau in metallgekapselte Anlagen, insbesondere auch
für den Einbau in metallgekapselte Generatorableitungen. Zudem ist der Leistungsschalter
sehr gut geeignet für den Ersatz von veralteten Leistungsschaltern, da er, bei gleichem
oder besserem Ausschaltvermögen, einen wesentlich kleineren Platzbedarf hat als diese,
sind in der Regel bei einer derartigen Umrüstung keine aufwendigen baulichen Änderungen
nötig. Wenn der Leistungsschalter für Betriebsspannungen oberhalb etwa 24 kV bis 30kV
eingesetzt werden soll, so müssen die Abstände a und b vergrössert und der verlangten
Spannung angepasst werden, gegebenenfalls muss auch die Ausschaltgeschwindigkeit des
Schaltstifts 3 entsprechend angepasst, d.h. erhöht werden.
[0040] Die Einschaltgeschwindigkeit des Schaltstifts 3 liegt bei diesem Leistungsschalter
im Bereich 5 m/sec bis 10 m/sec, während die Kontaktfinger 56 des Nennstromkontaktes
mit einer entsprechenden Einschaltgeschwindigkeit im Bereich von 0,5 m/sec bis 1 m/sec
in ihre Einschaltstellung fahren.
BEZEICHNUNGSLISTE
[0041]
- 1
- Kontaktzone
- 2
- zentrale Achse
- 3
- Schaltstift
- 4
- Spitze
- 5,6
- Abbrandkontaktanordnung
- 7
- Kontaktkorb
- 8
- Träger
- 9
- Abbrandplatte
- 10
- Enden
- 11
- strichpunktierte Linie
- 12
- Kontaktkorb
- 13
- Träger
- 14
- Abbrandplatte
- 15
- Enden
- 16
- Trennwand
- 17
- Speichervolumen
- 18,19
- Auspuffvolumen
- 20
- Bohrung
- 21
- Rückschlagventil
- 22,22a
- Leitung
- 23
- Lichtbogen
- 24
- Lichtbogenzone
- 25,26
- Öffnung
- 27,28
- Pfeil
- 29
- Überdruckventil
- 30,31
- Blasspule
- 32
- Wicklungsende
- 33
- Schraube
- 34
- Isolation
- 35
- Wicklungsende
- 36
- Abdeckung
- 37
- Wicklungsende
- 38
- Schraube
- 39
- Isolation
- 40
- Wicklungsende
- 41
- Abdeckung
- 42
- Gehäusewand
- 43
- Verschlussdeckel
- 44
- Strömungsablenkung
- 45
- Isolierrohr
- 46
- Gehäusewand
- 47
- Deckel
- 48
- Zylinder
- 49,50
- Stromanschlüsse
- 51
- Kompressionskolben
- 52
- Hebel
- 53
- Schwinge
- 54
- Stange
- 55
- Fingerkorb
- 56
- Kontaktfinger
- 57
- Raum
- 58
- Führungsteil
- a,b
- Abstand
1. Leistungsschalter mit mindestens einer mit einem isolierenden Medium gefüllten, zylindrisch
ausgebildeten, entlang einer zentralen Achse (2) erstreckten, eine Leistungsstrombahn
aufweisenden Löschkammer, mit zwei feststehenden, auf der zentralen Achse (2) angeordneten,
voneinander in axialer Richtung beabstandeten, in der Leistungsstrombahn angeordneten
Abbrandkontaktanordnungen (5,6), mit einem die Abbrandkontaktanordnungen (5,6) im
eingeschalteten Zustand elektrisch leitend verbindenden, beweglichen Überbrückungskontakt,
mit einer zwischen den feststehenden Abbrandkontaktanordnungen (5,6) vorgesehenen
Lichtbogenzone (24), mit einer parallel zur Leistungsstrombahn angeordneten, mit beweglichen
Nennstromkontakten versehenen Nennstrombahn, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Überbrückungskontakt im Innern der Abbrandkontaktanordnungen (5,6), entlang
der zentralen Achse (2) erstreckt, angeordnet ist.
2. Leistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- dass die beweglichen Nennstromkontakte über mindestens ein Hebelgestänge mit dem
Überbrückungskontakt verbunden sind, und
- dass das Hebelgestänge so ausgelegt ist, dass die Nennstromkontakte stets mit einer
kleineren Geschwindigkeit als der Überbrückungskontakt beweglich sind.
3. Leistungsschalter mit mindestens einer mit einem isolierenden Medium gefüllten, zylindrisch
ausgebildeten, entlang einer zentralen Achse (2) erstreckten, eine Leistungsstrombahn
aufweisenden Löschkammer, mit zwei feststehenden, auf der zentralen Achse (2) angeordneten,
voneinander in axialer Richtung beabstandeten, in der Leistungsstrombahn angeordneten
Abbrandkontaktanordnungen (5,6), mit einem die Abbrandkontaktanordnungen (5,6) im
eingeschalteten Zustand elektrisch leitend verbindenden, beweglichen Überbrückungskontakt,
mit einer zwischen den feststehenden Abbrandkontaktanordnungen (5,6) vorgesehenen
Lichtbogenzone (24), mit einer parallel zur Leistungsstrombahn angeordneten, mit beweglichen
Nennstromkontakten versehenen Nennstrombahn, dadurch gekennzeichnet,
- dass die beweglichen Nennstromkontakte über mindestens ein Hebelgestänge mit dem
Überbrückungskontakt verbunden sind, und
- dass das Hebelgestänge so ausgelegt ist, dass die Nennstromkontakte stets mit einer
kleineren Geschwindigkeit als der Überbrückungskontakt beweglich sind.
4. Leistungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Überbrückungskontakt im Innern der Abbrandkontaktanordnungen (5,6), entlang
der zentralen Achse (2) erstreckt, angeordnet ist.
5. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Überbrückungskontakt als Schaltstift (3) ausgebildet ist.
6. Leistungsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Schaltstift (3) mit einer Ausschaltgeschwindigkeit im Bereich von 10 m/sec
bis 20 m/sec angetrieben ist.
7. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
- dass die beweglichen Nennstromkontakte der Nennstrombahn in einem von der Lichtbogenzone
(24) vollständig abgetrennten Raum (57) angeordnet sind.
8. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
- dass zwischen den feststehenden Abbrandkontaktanordnungen (5,6) eine ringförmig
ausgebildete Düsenzone angeordnet ist, welche sich in ein ringförmig ausgebildetes,
von einer isolierenden Trennwand (16) begrenztes Speichervolumen (17) öffnet.
9. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Abbrandkontaktanordnungen (5,6) jeweils auf der von der Lichtbogenzone
(24) abgewandten Seite Öffnungen (25,26) aufweisen für eine kontrollierte Abströmung
von ionisierten Gasen aus der Lichtbogenzone (24) heraus in jeweils angrenzende Auspuffvolumina
(18,19).
10. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass das Speichervolumen (17) mit einer das isolierende Medium zusätzlich mit Druck
beaufschlagenden, vom Schaltstift (3) betätigten Kolben-Zylinder-Anordnung in Wirkverbindung
steht.
11. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Bauelemente der Abbrandkontaktanordnungen (5,6) als Gleichteile ausgebildet
sind, welche spiegelbildlich zu einer senkrecht zur zentralen Achse (2) angeordneten
Symmetrieebene angeordnet sind.
12. Leistungsschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Auspuffvolumina (18,19) jeweils von Wänden begrenzt sind, wobei das erste
Auspuffvolumen (18) von einer ersten Gehäusewand (42), einem mit dieser verbundenen
ersten Träger (8) und einem Verschlussdeckel (43) eingeschlossen ist, und wobei das
zweite Auspuffvolumen (19) von einer zweiten Gehäusewand (46), einem mit dieser verbundenen
Träger (13) und einem Deckel (47) eingeschlossen ist, und
- dass die erste Gehäusewand (42) mittels mindestens eines Isolierrohrs (45) mit der
zweiten Gehäusewand (46) verbunden ist, wobei zwischen den beiden Gehäusewänden (42,46)
ein elektrisch isolierender Abstand (b) verbleibt.
13. Leistungsschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
- dass die erste Gehäusewand (42) zusammen mit der zweiten Gehäusewand (46) und Kontaktfingern
(56), welche den elektrisch isolierenden Abstand (b) zwischen der ersten (42) und
der zweiten Gehäusewand (46) elektrisch leitend überbrücken, die Nennstrombahn des
Leistungsschalters bilden, und
- dass die erste Gehäusewand (42) und die zweite Gehäusewand (46) als Gleichteile
ausgebildet sind, welche spiegelbildlich zu einer senkrecht zur zentralen Achse (2)
angeordneten Symmetrieebene angeordnet sind.
14. Leistungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Abbrandkontaktanordnungen (5,6) mit mindestens einer Blasspule (30,31)
versehen sind.