Schneller Leistungsschalter für Hoch-oder Mittelspannung

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Stromschaltung oder Leistungsschaltung sowie eine Schaltanlage mit einer solchen Vorrichtung (1). Erfindungsgemäss wird in einem Rotationsantrieb (3, 6-9) ein rotatorisch bewegliches Schaltkontaktstück (2c) durch mechanische Torsionsfederkraft (F_f0, F_fS) gedreht, wobei die Torsionsfederkraft (F_f0) zum Kontaktöffnen und die Torsionsfederkraft (F_fS) zum Kontaktschliessen von einem gemeinsamen mechanischen Torsionsfedermechanismus (3) aufgebracht werden. Ausführungsbeispiele betreffen u.a.: Wiedergewinnen von mechanischer Rotationsenergie des Schaltkontaktstücks (2c) beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen; und Wiederaufladen von Rotationsenergieverlusten des Schaltkontaktstücks (2c) beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen durch eine Torsionsspannvorrichtung (9), insbesondere durch einen Thomson Antrieb (9) oder einen Schrittmotor (9). Vorteile sind u. a.: schnell ein- und ausschaltender mechanischer Stromschalter (1) mit geringem Bedarf an extern zuzuführender Schaltenergie; Thomson Antrieb (9) oder Schrittmotor (9) nur als kleines Hilfsaggregat auslegbar; geeignet für Synchronschalten.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Primärtechnik für elektrische Leistungsschalter, insbesondere zur Leistungsschaltung in der Hoch- und Mittelspannungstechnik. Sie geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Leistungsschaltung sowie von einer Schaltanlage mit einem solchen Leistungsschalter gemäss Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

STAND DER TECHNIK

[0002] Die Erfindung nimmt auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der EP 1 180 776 A1 bekannt ist. Dort wird ein Hoch- oder Mittelspannungsschalter mit einem elektrodynamisch rotatorisch angetriebenen Brückenkontaktstück offenbart, das im kontaktgeschlossenen Zustand die Distanz zwischen den zwei feststehenden Kontakten überbrückt und beim Kontaktöffnen zwei Kontaktspalte freigibt. Die beiden resultierenden Teillichtbögen liegen in Serie und sind dadurch leichter löschbar als ein einzelner Lichtbogen. Der elektrodynamische Antrieb umfasst je eine Spule zum Kontaktöffnen und Kontaktschliessen, wobei jeweils durch elektromagnetische Abstossung zwischen dem Spulenstrom und dem im Brückenkontaktstück induzierten Wirbelstrom das Brückenkontaktstück in eine kontaktöffnende oder kontaktschliessende Rotation versetzt wird. Nach einem bestimmten Drehwinkel wird das Brückenkontaktstück durch eine mechanische Abbrems- und Haltevorrichtung, beispielsweise durch mechanische Reibung, erst abgebremst und dann festgehalten. Der rotatorische Kontaktantrieb erreicht sehr schnelle Schaltzeiten und benötigt weniger Schaltenergie als ein translatorischer Kontaktantrieb. Zudem kann die Schaltstelle dielektrisch vorteilhafter ausgestaltet werden.

[0003] In der EP 1 067 569 wird ein Hoch- oder Mittelspannungsschalter mit einem elektrodynamisch translatorisch angetriebenen Ringkontaktstück offenbart.

[0004] In dem U. S. Pat. No. 3'268'687 wird ein Hochspannungs-Leistungsschalter angegeben, der einen elektrodynamischen Thomson Antrieb zum sehr schnellen Öffnen der Kontakte aufweist. Der Antrieb umfasst eine leitfähige Scheibe, die elektromagnetisch durch von Spulen induzierte Wirbelstromkräfte angetrieben wird und dabei eine schnelle kontaktöffnende oder kontaktschliessende Translationsbewegung ausführt. Die notwendige Schaltgeschwindigkeit wird durch eine Kondensatorentladung erzielt, die kurz vor einem Stromnulldurchgang gestartet wird. Andere Ausführungsbeispiele betreffen eine Translationsbewegung eines rohrförmigen, axial verschiebbaren Kontaktstücks sowie eine Biegebewegung eines einseitig eingeklemmten federnden Kontaktblechs, das aufgrund der Federrückstellkraft unterstützt durch einen Thomson Antrieb bewegt wird. Dabei schwingt die biegeelastische Feder beim Schaltvorgang durch die Neutralposition und in eine Gegenauslenkung, wodurch ein Teil der Federenergie wieder zurückgewonnen und gespeichert wird.

[0005] In dem Artikel von P. Brückner, Hösel und A. Erk, "Federkraftspeicher für Schaltgeräte mit kurzen Schaltzeiten" aus A. Erk und M. Schmelzle, "Grundlagen der Schaltgerätetechnik", ETZ-A, Bd.82, H.5, 27.2.1961, S.141-147, Springer-Verlag Berlin, 1974 werden Drehstabfedern als Kraftspeicher für Schnell-Ausschaltgeräte oder für Schnell-Einschaltgeräte beschrieben. Die Antriebe mit Drehstabfedern sind zum Schalten mit hoher Geschwindigkeit nur für eine einzige Schaltrichtung geeignet. Typische Anwendungen sind daher Schnelltrenner oder Schnellerder.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Vorrichtung und eine elektrische Schaltanlage mit einer solchen Vorrichtung zur Stromschaltung mit einem rotatorischen Kontaktantrieb anzugeben, der sich durch kurze Schaltzeit und niedrigen Schaltenergiebedarf auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

[0007] In einem ersten Aspekt besteht die Erfindung in einem Verfahren zur Stromschaltung, insbesondere in einem Schalter für Mittel- oder Hochspannung, wobei zwischen zwei beabstandeten Festelektroden ein rotatorisch bewegliches Schaltkontaktstück angeordnet ist, das durch einen Rotationsantrieb in eine erste Rotationsschaltrichtung zum Zwecke des Kontaktöffnens und in eine zweite Rotationsschaltrichtung zum Zwecke des Kontaktschliessens der Festelektroden in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei das Schaltkontaktstück durch mechanische Torsionsfederkraft gedreht wird und die Torsionsfederkraft zum Kontaktöffnen und die Torsionsfederkraft zum Kontaktschliessen von einem gemeinsamen mechanischen Torsionsfedermechanismus aufgebracht werden. Erfindungsgemäss wird also das rotatorisch bewegliche Kontaktstück beim Schaltvorgang nicht mehr durch einen elektrodynamischen, sondern durch einen mechanischen Torsionsantrieb in kontaktöffnende oder kontaktschliessende Rotation versetzt. Dabei werden die erste und die zweite Rotationsschaltrichtung durch den gleichen Torsionsfedermechanismus angetrieben. Insbesondere kann ein Thomson Antrieb, der wenig energieeffizient und oftmals grossvolumig ist, weggelassen oder nur als kleines Unterstützungsaggregat ausgelegt werden. Dadurch entfällt oder verringert sich auch der Bedarf an grossen Kondensatoren und Schaltern, z. B. Thyristoren, zur Ansteuerung des Thomson Antriebs. So werden mit geringem baulichen Aufwand und mit geringem Bedarf an Schaltenergie sehr schnell ein- und ausschaltende Stromschalter geschaffen.

[0008] In einem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Rotationsenergie des Schaltkontaktstücks beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen teilweise wiedergewonnen. Der Rotationsantrieb umfasst also eine Vorrichtung zur Rückgewinnung und Speicherung überschüssiger Torsionsspannung aus einem vorhergehenden Schaltvorgang. Vorzugsweise lässt man hierfür den Torsionsfedermechanismus in entgegengesetzte Richtung zur ursprünglichen Vorspannrichtung überschwingen und blockiert ihn in einer möglichst weit durch Überschwingen ausgelenkten Position. Auf diese Weise wird eine deutlich bessere Energieeffizienz hinsichtlich der aufzubringenden Schaltenergie erreicht.

[0009] In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Rotationsenergieverluste des Schaltkontaktstücks beim Kontaktöffnen und/oder beim Kontaktschliessen durch eine Torsionsspannvorrichtung wiederaufgeladen. Die Torsionsspannvorrichtung kann ein Thomson Antrieb oder ein Schrittmotor sein. Dadurch können mit relativ kleinen elektrischen Unterstützungsantrieben hohe Schaltenergien und damit sehr schnelle Schaltzeiten erreicht werden. Die erforderlichen Kondensatoren, Thyristoren oder allgemein Schalter und/oder Schrittmotoren können viel kompakter und sparsamer ausgelegt werden.

[0010] In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Stromschalter zur Leistungsschaltung, insbesondere zur Ausführung des zuvor beschriebenen Verfahrens, umfassend zwei beabstandete Festelektroden, ein rotatorisch bewegliches Schaltkontaktstück und einen Rotationsantrieb zum Drehen des Schaltkontaktstücks in eine erste Rotationsschaltrichtung zum Zwecke des Kontaktöffnens und in eine zweite Rotationsschaltrichtung zum Zwecke des Kontaktschliessens der Festelektroden, wobei der Rotationsantrieb einen gemeinsamen mechanischen Torsionsfedermechanismus zum Drehen des Schaltkontaktstücks sowohl in die erste Rotationsschaltrichtung als auch in die zweite Rotationsschaltrichtung aufweist.

[0011] In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Rotationsantrieb eine Verklinkungsvorrichtung zum teilweisen Wiedergewinnen mechanischer Rotationsschaltenergie und eine Torsionsspannvorrichtung zum mechanischen Wiederaufladen von Rotationsschaltenergieverlusten.

[0012] Weitere Ausführungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung und den Figuren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0013] 

Fig. 1

zeigt in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Rotations-Stromschalters mit elektrodynamischem Antrieb und Rotationsfederkraftunterstützung;

Fig. 2a, 2b

zeigen die Kontaktanordnung aus Fig. 1 vergrössert in Draufsicht und Seitenansicht;

Fig. 3a-3d

zeigt die Verklinkungsvorrichtung in geschlossener Schalterstellung (Fig. 3a), beim Öffnen (Fig. 3b), in offener Schalterposition (Fig. 3c) und in vorgespannter offener Schalterposition (Fig. 3d); und

Fig. 4

zeigt den Torsionswinkel als Funktion der Zeit beim Kontaktöffnen des Brückenkontakts.

[0014] In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0015] Fig. 1a, 1b zeigt schematisch in Draufsicht einen Stromschalter 1 mit zwei feststehenden Elektroden 2a, 2b und einem Schaltkontaktstück 2c, hier einem Brückenkontaktstück 2c, das um eine Rotationsachse 4, hier eine Symmetrie- oder Mittelachse 4, drehbar gelagert ist und durch einen Rotationsantrieb 3, 6-9 antreibbar ist. Der Schalter 1 ist in einem gekapselten und gegebenenfalls evakuierten oder isoliergasgefüllten Schaltergehäuse 5 angeordnet. Der Rotationsantrieb ist typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, ausserhalb angeordnet und über eine gasdichte Rotationsdurchführung 6, z. B. eine magnetische Rotationsdurchführung oder eine Metallfaltenbalgdurchführung, mit dem Schaltkontaktstück 2c mechanisch verbunden.

[0016] Erfindungsgemäss weist der Rotationsantrieb 3, 6-9 einen mechanischen Torsionsfedermechanismus 3 auf, der zum Drehen des Schaltkontaktstücks 2c sowohl in eine erste Rotationsschaltrichtung 30 zum Kontaktöffnen als auch in eine zweite Rotationsschaltrichtung 31 zum Kontaktschliessen dient.

[0017] Mit Vorteil umfasst der Rotationsantrieb 3, 6-9 eine Verklinkungsvorrichtung 7 zum teilweisen Wiedergewinnen mechanischer Rotationsschaltenergie und/oder eine Torsionsspannvorrichtung 9 zum mechanischen Wiederaufladen von Rotationsschaltenergieverlusten. Diese entstehen durch Reibung und anderweitige irreversible Vorgänge. Ferner ist eine Schaltersteuerung 8 zur Steuerung der Verklinkungsvorrichtung 7 mittels Schaltbefehle 8a und der Torsionsspannvorrichtung 9 mittels Torsionsspannbefehle 8b vorhanden.

[0018] Fig. 2a und Fig. 2b zeigen im Detail in Draufsicht und Seitenansicht die Funktionsweise des rotierenden Brückenkontakts 2c der Länge 1 und Breite b. Die Länge 1 ist nach Massgabe einer erforderlichen dielektrischen Festigkeit des isolierenden Mediums, der erforderlichen Durchschlagsfestigkeit (BIL=basic insulation level) des Schalters 1 und der Elektrodengeometrie 2a, 2b, 2c gewählt. Die Breite b oder genauer der Leiterquerschnitt ist gemäss der geforderten Stromtragfähigkeit des Leistungsschalters 1 gewählt. An den Festelektroden 2a, 2b sind federnde Kontakte 10, z. B. Multikontaktfedern 10, vorhanden, die ein federndes Verhalten der Festelektroden 2a, 2b, symbolisiert durch 10', bewirken und dafür sorgen, dass eine hohe Kontaktkraft, ein niedriger Kontaktwiderstand und ein niederohmiger Stromübergang zwischen den Elektroden 2a, 2b, 2c gewährleistet ist. Dadurch wird auch verhindert, dass sich die Kontakte 2a, 2b, 2c bei Nominalstrom übermässig erhitzen und bei Überströmen durch den kontaktgeschlossenen Schalter 1 miteinander verschweissen. Zudem werden durch die Federkontakte 10 die dynamischen Reaktionskräfte beim Kontaktschliessen 31 aufgefangen und kompensiert.

[0019] Fig. 2b zeigt vier Winkelpositionen des Brückenkontaktstücks 2c und damit des Torsionsfedermechanismus 3, nämlich eine kräftefreie neutrale Winkelauslenkung 11b des Torsionsfedermechanismus 3, die zwischen einer kontaktgeschlossenen Winkelauslenkung 11a und einer kontaktgeöffneten Winkelauslenkung 11c liegt, sowie eine durch die Torsionsspannvorrichtung 9 (hier nicht sichtbar) vorgespannte kontaktgeöffnete Winkelauslenkung 11d. Im Normalfall werden die erste und die zweite Rotationsschaltrichtung 30, 31 einander entgegengesetzt sein. Es sind aber auch Anordnungen denkbar und hier mitbeansprucht, bei denen die Rotationsschaltrichtungen 30, 31 gleichgerichtet sind, d. h. das Schaltkontaktstück 2c immer gleichsinnig rotiert und gegebenenfalls die Vorspann- und Drehrichtung des Torsionsfedermechanismus 3 alterniert wird. Zu Beginn des Kontaktöffnens wird typischerweise ein Lichtbogen gezogen. Wie dargestellt entstehen im Falle eines Brückenkontaktschaltstücks 2c in den Kontaktspalten 13a, 13b zwei Teillichtbögen 12a, 12b, die zueinander in Serie liegen. Dadurch können Ströme bei höherem Spannungsniveau und mit weniger Aufwand beim Lichtbogenlöschen ausgeschaltet und eingeschaltet werden. Mit Vorteil ist der Stromschalter 1 für beide Rotationsschaltrichtungen 30, 31 schnell schaltend und insbesondere ein schnell schaltender Synchronschalter 1.

[0020] Fig. 3a-3d zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel für die Funktionsweise der Verklinkungsvorrichtung 7, d. h. ihrer Verklinkungsmittel 7a, 7b, 11a, 11b, 11c, 11d, für eine kontaktöffnende Rotationsschaltrichtung 30. Die Verklinkungsmittel 7a, 7b, 11a, 11b, 11c, 11d dienen zum teilweisen Wiedergewinnen mechanischer Rotationsschaltenergie beim Kontaktöffnen. Die Verklinkungsvorrichtung 7 weist auf: in Fig. 3a eine kontaktgeschlossene Torsionsarretierung 7a, 11a (umfassend eine drehbare Öffnungsklinke 7a zum Eingriff in ein Gegenstück 11a) zum Kontaktschliessen des Torsionsfedermechanismus 3 und zum Speichern der kontaktöffnenden Rotationsschaltenergie; in Fig. 3b und Fig. 3c eine kontaktgeöffnete Torsionsarretierung 7b, 11c (umfassend eine drehbare Verschliessungsklinke 7b zum Eingriff in ein Gegenstück 11c) zum teilweisen Wiedergewinnen der kontaktöffnenden Rotationsschaltenergie; und in Fig. 3d eine vorgespannte kontaktgeöffnete Torsionsarretierung 7b, 11d (umfassend die drehbare Verschliessungsklinke 7b zum Eingriff in ein Gegenstück 11d) zum Wiederaufladen von Rotationsverlusten und zum Speichern der gesamten kontaktschliessenden Rotationsschaltenergie des Torsionsfedermechanismus 3. In Fig. 3c verhindert die Verschliessungsklinke 7b das Zurückschnellen 30' des überschwingenden Torsionsfedermechanismus 3. Die Torsionsspannvorrichtung 9 muss lediglich den Energieverlust in Höhe von beispielsweise ca. 36% der gespeicherten gesamten Rotationsschaltenergie (entsprechend einem konstanten Reibungsdrehmoment von 10% des maximalen Drehmoments) kompensieren und wiederaufladen.

[0021] In gleicher Weise können Verklinkungsmittel für die kontaktschliessende Rotationsschaltrichtung 31 vorhanden sein (hier nicht dargestellt). Entsprechend kann die Torsionsspannvorrichtung 9 Torsionsspannmittel 9 zum mechanischen Wiederaufladen von Rotationsreibungsverlusten für beide Rotationsschaltrichtungen 30, 31 umfassen.

[0022] Fig. 4 zeigt einen berechneten Zeitverlauf des Torsionswinkels für ein Modellsystem mit folgenden Parametern: Trägheitsmoment I=5*10^-5 kgm² für den Torsionsfedermechanismus 3, Torsionsfederkonstante D=1000 Nm, Brückenkontaktstück mit Länge 1=567 mm und Durchmesser=16,4 mm. Nach 90 µs wird eine Kontakttrennung erreicht und nach 150 µs beträgt die Länge 1₁ oder 1₂ eines Kontaktspalts 13a oder 13b 4 mm. Nach 750 µs wird die volle Kontaktöffnung von 20 mm erreicht. Die Torsionsfederkonstante soll unter Berücksichtigung der Genauigkeit des Stromnulldurchgangs (bei Synchronschaltern 1) und der Widerstandsfähigkeit der Kontakte 2a, 2b, 2c gegen Lichtbogenabbrand ausgelegt werden. Dadurch kann die Torsionsfeder 3, die insbesondere eine Drehstabfeder 3 ist, in der Baugrösse reduziert werden. Eine Torsionsfederkonstante D=100 Nm ergäbe für ein Brückenkontaktstück mit Länge 1=263 mm und Durchmesser= 7,6 mm eine Öffnungszeit von 240 µs und nach 400 µs eine volle Kontaktöffnung von 4 mm. Die Reibungsverluste betragen in diesem Fall schätzungsweise 14 J für einen kontaktöffnenden Schaltvorgang.

[0023] Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Stromschaltung, insbesondere in einem Schalter 1 für Mitteloder Hochspannung der beschriebenen Art, wobei zwischen zwei beabstandeten Festelektroden 2a, 2b ein rotatorisch bewegliches Schaltkontaktstück 2c angeordnet ist, das durch einen Rotationsantrieb 3, 6-9 in eine erste Rotationsschaltrichtung 30 zum Zwecke des Kontaktöffnens und in eine zweite Rotationsschaltrichtung 31 zum Zwecke des Kontaktschliessens der Festelektroden 2a, 2b in eine Drehbewegung versetzt wird, wobei das Schaltkontaktstück 2c durch mechanische Torsionsfederkraft F_f0, F_fs gedreht wird und die Torsionsfederkraft F_f0 zum Kontaktöffnen und die Torsionsfederkraft F_fs zum Kontaktschliessen von einem einzigen gemeinsamen mechanischen Torsionsfedermechanismus 3 aufgebracht werden. Hierzu einige Ausführungsbeispiele.

[0024] Bevorzugt wird die Rotationsenergie des Schaltkontaktstücks 2c beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen teilweise wiedergewonnen. Mit Vorteil werden Rotationsenergieverluste des Schaltkontaktstücks 2c beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen durch eine Torsionsspannvorrichtung 9, insbesondere durch einen Thomson Antrieb 9 oder einen Schrittmotor 9, wiederaufgeladen. Hier seien die EP 1 180 776 A1 und EP 1 067 569 mit ihrem gesamten Offenbarungsgehalt, insbesondere hinsichtlich der Auslegung und Ansteuerung eines elektrodynamischen Thomson Antriebs 9, in die Beschreibung aufgenommen. Die erste und die zweite Rotationsschaltrichtung 30, 31 sind typischerweise einander entgegengesetzt. Insbesondere wird vom Schaltkontaktstück 2c beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen eine kräftefreie neutrale Winkelauslenkung 11b des Torsionsfedermechanismus 3 oder des Schaltkontaktstücks 2c durchlaufen. Das Kontaktöffnen und das Kontaktschliessen soll synchron und mit hoher Geschwindigkeit unter Vermeidung oder Reduktion von Lichtbogenbildung 12a, 12b durchgeführt werden.

[0025] Anwendungen der Vorrichtung 1 betreffen u.a. den Einsatz als Schalter 1 für mittlere oder hohe Spannungen und/oder Ströme, als Leistungsschalter 1, Trenner, Strombegrenzer oder strombegrenzender Schalter in Stromversorgungsnetzen. Die Erfindung umfasst auch eine elektrische Schaltanlage, insbesondere eine Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung 1 wie zuvor beschrieben.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0026] 

1

Leistungsschalter, Synchronschalter

2a, 2b

feststehende Elektroden, Metallplatten

2c

rotierende Elektrode, Brückenkontaktstück

20

Strompfad, Nennstrompfad

3

Torsionsfedermechanismus, Drehstabfeder

30

erste Rotationsschaltrichtung zum Kontaktöffnen

30'

Rückschlagbewegung beim Kontaktöffnen

31

zweite Rotationsschaltrichtung zum Kontaktschliessen

4

Rotationsachse

5

gekapseltes Schaltergehäuse

6

Durchführung für Rotationsantrieb

7

Verklinkungsvorrichtung

7a

Öffnungsklinke

7b

Verschliessungsklinke

8

Schaltersteuerung

8a

Schaltbefehl, Öffnungssignal, Schliesssignal

8b

Torsionsspannbefehl, Energienachladung

9

Torsionsspannvorrichtung, Thomson Antrieb, Schrittmotor

10

Federkontakt, Multikontaktfedern

10'

Federverhalten der Fixkontakte (symbolisch)

11a

kontaktgeschlossene Winkelauslenkung (Schalterposition) oder Winkelhalterung

11b

neutrale (kräftefreie) Winkelauslenkung

11c

kontaktgeöffnete Winkelauslenkung oder Winkelhalterung

11d

vorgespannte kontaktgeöffnete Winkelauslenkung oder Winkelhalterung

7a, 11a

kontaktgeschlossene Torsionsarretierung

7b, 11c

kontaktgeöffnete Torsionsarretierung

7b, 11d

vorgespannte kontaktgeöffnete Torsionsarretierung

12a, 12b

Teillichtbögen

13a, 13b

Kontaktspalte

b

Breite des Brückenkontakts

1.

Länge des Brückenkontakts

1₁, 1₂

Länge der Kontaktspalte

F_fO

Torsionsfederkraft auf Brückenkontaktstück beim Öffnen

F_fS

Torsionsfederkraft auf Brückenkontaktstück beim Schliessen

ϕ

Torsionswinkel

t

Zeit

Ansprüche

1. Verfahren zur Stromschaltung, insbesondere in einem Schalter (1) für Mittel- oder Hochspannung, wobei zwischen zwei beabstandeten Festelektroden (2a, 2b) ein rotatorisch bewegliches Schaltkontaktstück (2c) angeordnet ist, das durch einen Rotationsantrieb (3, 6-9) in eine erste Rotationsschaltrichtung (30) zum Zwecke des Kontaktöffnens und in eine zweite Rotationsschaltrichtung (31) zum Zwecke des Kontaktschliessens der Festelektroden (2a, 2b) in eine Drehbewegung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass

a) das Schaltkontaktstück (2c) durch mechanische Torsionsfederkraft (F_fO, F_fS) gedreht wird und

b) die Torsionsfederkraft (F_fO) zum Kontaktöffnen und die Torsionsfederkraft (F_fS) zum Kontaktschliessen von einem gemeinsamen mechanischen Torsionsfedermechanismus (3) aufgebracht werden.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotationsenergie des Schaltkontaktstücks (2c) beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen teilweise wiedergewonnen wird.

3. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rotationsenergieverluste des Schaltkontaktstücks (2c) beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen durch eine Torsionsspannvorrichtung (9), insbesondere durch einen Thomson Antrieb (9) oder einen Schrittmotor (9), wiederaufgeladen werden.

4. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die erste und die zweite Rotationsschaltrichtung (30, 31) einander entgegengesetzt sind und/oder

b) vom Schaltkontaktstück (2c) beim Kontaktöffnen und/oder Kontaktschliessen eine kräftefreie neutrale Winkelauslenkung (11b) des Torsionsfedermechanismus (3) durchlaufen wird und/oder

c) das Kontaktöffnen und das Kontaktschliessen synchron und mit hoher Geschwindigkeit unter Vermeidung oder Reduktion von Lichtbogenbildung (12a, 12b) durchgeführt wird.

5. Stromschalter (1) zur Leistungsschaltung, insbesondere zur Ausführung des Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend zwei beabstandete Festelektroden (2a, 2b), ein rotatorisch bewegliches Schaltkontaktstück (2c) und einen Rotationsantrieb (3, 6-9) zum Drehen des Schaltkontaktstücks (2c) in eine erste Rotationsschaltrichtung (30) zum Zwecke des Kontaktöffnens und in eine zweite Rotationsschaltrichtung (31) zum Zwecke des Kontaktschliessens der Festelektroden (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb (3, 6-9) einen gemeinsamen mechanischen Torsionsfedermechanismus (3) zum Drehen des Schaltkontaktstücks (2c) in die erste Rotationsschaltrichtung (30) und in die zweite Rotationsschaltrichtung (31) aufweist.

6. Stromschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb (3, 6-9) eine Verklinkungsvorrichtung (7) zum teilweisen Wiedergewinnen mechanischer Rotationsschaltenergie und eine Torsionsspannvorrichtung (9) zum mechanischen Wiederaufladen von Rotationsschaltenergieverlusten umfasst.

7. Stromschalter (1) nach einem der Ansprüche 5-6, dadurch gekennzeichnet, dass

a) eine kräftefreie neutrale Winkelauslenkung (11b) des Torsionsfedermechanismus (3) vorhanden ist, die zwischen einer kontaktgeschlossenen Winkelauslenkung (11a) und einer kontaktgeöffneten Winkelauslenkung (11c) des Torsionsfedermechanismus (3) liegt und/oder

b) die erste und die zweite Rotationsschaltrichtung (30, 31) einander entgegengesetzt sind.

8. Stromschalter (1) nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Verklinkungsvorrichtung (7) Verklinkungsmittel (7a, 7b, 11a, 11b, 11c, 11d) zum teilweisen Wiedergewinnen mechanischer Rotationsschaltenergie für beide Rotationsschaltrichtungen (30, 31) aufweist und/oder

b) die Torsionsspannvorrichtung (9) Torsionsspannmittel (9) zum mechanischen Wiederaufladen von Rotationsenergieverlusten für beide Rotationsschaltrichtungen (30, 31) umfasst,

c) insbesondere dass der Rotationsantrieb (3, 6-9) eine Schaltersteuerung (8) zur Steuerung der Verklinkungsvorrichtung (7) und der Torsionsspannvorrichtung (9) umfasst.

9. Stromschalter (1) nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verklinkungsvorrichtung (7) eine kontaktgeschlossene Torsionsarretierung (7a, 11a) zum Kontaktschliessen des Torsionsfedermechanismus (3) und zum Speichern der kontaktöffnenden Rotationsschaltenergie, eine kontaktgeöffnete Torsionsarretierung (7b, 11c) zum teilweisen Wiedergewinnen der kontaktöffnenden Rotationsschaltenergie und eine vorgespannte kontaktgeöffnete Torsionsarretierung (7b, 11d) zum Wiederaufladen von Rotationsenergieverlusten und zum Speichern der gesamten kontaktschliessenden Rotationsschaltenergie des Torsionsfedermechanismus (3) aufweist.

10. Stromschalter (1) nach einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, dass

a) der mechanische Torsionsfedermechanismus (3) eine Drehstabfeder (3) ist und/oder

b) die Torsionsspannvorrichtung (9) ein Thomson Antrieb (9) oder ein Schrittmotor (9) ist und/oder

c) das Schaltkontaktstück (2c) ein Brückenschaltkontaktstück (2c) ist, das um eine Mittelachse (4) rotierend gelagert ist und das beim Kontaktöffnen zu jeder Festelektrode (2a, 2b) jeweils einen Kontaktspalt (13a, 13b) freigibt und/oder

d) der Stromschalter (1) in einem gekapselten Schaltergehäuse (5) angeordnet ist und für den Rotationsantrieb (3, 6-9) eine gasdichte Rotationsdurchführung (6) aufweist und/oder

e) der Stromschalter (1) für beide Rotationsschaltrichtungen (30, 31) schnell schaltend ist und insbesondere ein schnell schaltender Synchronschalter (1) ist.

11. Elektrische Schaltanlage, insbesondere Hoch- oder Mittelspannungsschaltanlage, gekennzeichnet durch einen Stromschalter (1) nach einem der Ansprüche 5-10.

Zeichnung